El caso de Santiago

(A) Condiciones medias

La ciudad de Santiago se encuentra en una cuenca cerrada por cadenas montañosas en las cuatro direcciones:

Cordillera de los Andes al este, cordillera de la Costa al oeste, cerros de Chacabuco al norte y angostura de Paine al sur. Los cerros en estas cadenas superan los 1000 m de altura sobre el nivel del mar.

El confinamiento lateral que producen las cadenas montañosas alrededor de la cuenca de Santiago debilita los vientos en los primeros cientos de metros sobre la superficie de la cuenca (la superficie de la ciudad varia desde los 400 a 700 m sobre el nivel del mar). Como en promedio el viento en la cuenca es debil (generalmente menor a los 3 m/s durante los meses de invierno) la dispersión de contaminantes depende de la intensidad de los movimientos verticales, y en consecuencia de la estabilidad atmosférica.

La Figura 4 muestra el perfil de temperatura sobre la ciudad de Santiago a distintas horas del día (este perfil comienza a los 500 m de altura, la altura media de la cuenca). Ademas hemos superpuesto el perfil de temperatura en la costa que ya describimos en la sección 2. La parte baja de este perfil experimenta cambios a través del día a consecuencia del calentamiento / enfriamiento de la superficie de la cuenca. A las 11 PM, cuando el perfil sobre Santiago coincide casi completamente con el perfil costero. A medida que transcurre la noche, la superficie de la cuenca va perdiendo calor y el aire en contacto con ella se va enfriando. Así, temprano en la mañana (antes de la salida del sol, 7 AM), el aire más frío esta en los niveles más bajos, y se observa una inversión térmica superficial que empalma más arriba con la inversión térmica de subsidencia. Una vez que sale el sol, la superficie de la cuenca comienza a calentarse, y el aire en contacto con ella aumenta su temperatura. Este calentamiento superficial va destruyendo la inversión térmica superficial, de manera que hacia las primera horas de la tarde (3 PM) se desarrolla una capa superficial, denominada capa de mezcla, en que la temperatura decrece levemente con la altura, y que luego empalma con la inversión de subsidencia. Hacia el final de la tarde, la superficie comienza a enfriarse nuevamente y se tiende hacia el perfil nocturno.

Figura 4. Perfil de temperatura sobre la ciudad de Santiago a distintas horas del día.
La inversión superficial que se observa durante la mayor parte de la noche y madrugada produce una fuerte estabilidad, limitando severamente la dispersión de los contaminantes. Hacia el mediodía y primeras horas de la tarde, la dispersión es mayor debido al desarrollo de la capa de mezcla que es inestable. En invierno, cuando la radiación solar es debil, la altura de la capa de mezcla no supera los 400 m. Los gases y partículas contaminantes pueden dispersarse en la capa de mezcla, pero su transporte vertical está limitado por la presencia de la inversión de subsidencia. Además, como el tope de la capa de mezcla está aún por debajo de la altura de los cerros que cierran la cuenca de Santiago, no es posible que los contaminantes salgan de la cuenca lateralmente (Figura 5, panel superior). Lamentablemente, los factores meteorológicos adversos a la contaminación (vientos débiles, inversión de subsidencia, inversión superficial), están presentes la mayor parte del tiempo en la zona central del país, de manera que las condiciones promedio en la cuenca de Santiago tienden a la acumulación de contaminantes. Es importante recordar que los factores meteorológicos solo modulan los niveles de contaminación, y son las emisiones las causantes reales del problema. Esto resulta claro cuando inspeccionamos como varia en el día la concentración de contaminantes en Santiago junto a la variación de la altura de la capa de mezcla (Fig. 6). Existen dos máximos en la concentración de contaminantes: uno temprano en la mañana y el otro (menos agudo pero más prolongado) al final de la tarde y comienzo de la noche. Ambos ocurren cuando existen máximos en la emisión de contaminantes y la altura de la capa de mezcla es muy baja. Durante el mediodía, hay una leve mejoría en la concentración de contaminantes debido en gran parte al desarrollo de la capa de mezcla.
Figura 5. Corte esquemático de la zona central a la latitud de Santiago. Panel superior: Condiciones medias invernales. Panel inferior: Condiciones durante episodios críticos de contaminación.
Figura 6. Variación diaria de la concentración de contaminantes y altura de la capa de mezcla. La barra inferior indica la tasa de emisión de contaminantes.

(B) Episodios críticos

Por ultimo veamos que sucede durante los episodios críticos de contaminación. Estos episodios se presentan varias veces durante los meses de invierno, con una duración de 2 a 3 días. Como los niveles de emisión de contaminantes son más bien uniformes en el tiempo (aproximadamente iguales todos los días), la causa de estos episodios es la intensificación de alguno de los factores meteorológicos adversos para la dispersión de contaminantes. Durante estos episodios, el viento del este desciende desde la cordillera de los Andes hacia el valle central y la costa. El aire al descender se calienta por compresión, intensificando la inversión térmica de subsidencia. En estas condiciones, la capa de mezcla que tiende a desarrollarse durante el día por efecto del calentamiento superficial, ve su crecimiento disminuido por la fuerte estabilidad que debe vencer. Si durante un típico día de invierno la altura máxima de la capa de mezcla es de unos 400 m, durante los días con viento del este la altura máxima no supera los 200 m sobre la superficie de la cuenca (Figura 5, panel inferior). Esta reducción en la altura de la capa de mezcla produce una disminución del volumen de aire en el cual los contaminantes pueden ser dispersados, y en consecuencia el aumento en la concentración de contaminantes en el aire de la ciudad y zonas cercanas. El calentamiento asociado al viento del este también hace disminuir la presión atmosférica a lo largo de la costa, produciendo una baja o vaguada costera. El término de estos episodios ocurre cuando el viento cambia del este (viento cordillerano) a oeste (viento costero). El viento del oeste transporta aire más frío y húmedo desde la costa (algunas veces acompañado de niebla y nubes bajas), que debilita la inversión térmica y facilita la dispersión de contaminantes en la cuenca.