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Simulations of dispersion and deposition of coarse particulate matter

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Resumen

In order to study the dispersion and deposition of coarse anthropogenic particulate matter (PMc, aerodynamic diameters> 10 mm), a FORTRAN simulator based on the numerical integrator of Bulirsch and Stoer has been developed. It calculates trajectories of particles of several shapes released into the atmosphere under very general conditions. This first version, fully three-dimensional, models the meteorology under neutral stability conditions. The simulations of such pollutants are also important because the standard software (usually originating in the United States Environmental Protection Agency-EPA-) describe only the behavior of PM10 (diameter less than 10 mm). Bulirsch and Stoer integrator of widespread use in astrophysics, is also very fast and accurate for this type of simulations. We present 2D and 3D trajectories in physical space and discuss the final deposition in function of various parameters. PMc simulations results in the range of 50-100 mm and densities of 5.5 g cm-3 emitted from chimneys, indicate that for the purpose of deposition, the emission velocities are not as important as wind speed and the shape of the particles. For densities less than 2 g cm-3, the lack of consideration of buoyancy introduces important changes in the distribution of deposited PMc.

Con el objeto de estudiar dispersión y deposición de material particulado grueso antropogénico (PMc, diámetros aerodinámicos > 10 mm), se ha desarrollado un simulador FORTRAN basado en el integrador numérico de Bulirsch y Stoer, que calcula trayectorias de partículas de diversas formas liberadas al ambiente bajo condiciones muy generales. Esta primera versión, totalmente tridimensional, modela la meteorología en circunstancias de estabilidad neutral. La presentación de un simulador de dispersión de este tipo de contaminantes es, además, relevante debido a que los software de uso corriente (generalmente originados en la United States Environmental Protection Agency –USEPA-) describen sólo el comportamiento del PM10 (diámetros menores que 10 mm). El integrador Bulirsch y Stoer, de difundido uso en astrofísica, resulta también muy rápido y preciso para este tipo de simulaciones. Se presentan trayectorias 2D y 3D en el espacio físico y se analiza la deposición en función de diversos parámetros. Resultados de simulaciones de PMc en el rango de 50-100 mm y densidades de 5.5 g cm-3 emitidos por chimeneas indican que, a efectos de la deposición, las velocidades de emisión del PMc no son tan importantes frente a la velocidad del viento y la forma de las partículas. Para densidades menores que 2 g cm-3, la no consideración de la flotabilidad introduce importantes modificaciones en la distribución del PMc depositado.

Palabras clave
simulador de dispersión
material particulado atmosférico antropogénico (PM)
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