Instituto de Investigaciones Atmosféricas (IIA)

Colegio de Ciencias e Ingenierías
Acerca de nosotros

El IIA USFQ es una entidad científica cuyo fin es investigar los fenómenos de la atmósfera local y regional, integrando la experimentación, el modelado computacional y el análisis estadístico de datos. El componente experimental del IIA se lo ejecuta en la Estación de Mediciones Atmosféricas de la USFQ (EMA).

Carreras Relacionadas
Intereses de investigación

Ciencias físicas.

Meteorología física, calidad del aire, mediciones atmosféricas, desarrollo de instrumentos, mecanismos de producción de contaminantes fotoquímicos, radio y ozono sondeos atmosféricos, mediciones fotométricas, inventarios de emisiones, modelos de transporte, químicos y de dispersión

Equipo
Misión

Investigadores y estudiantes trabajan en el IIA-USFQ para generar conocimientos nuevos que contribuyan al entendimiento de los fenómenos meteorológicos y de los mecanismos de origen, transporte y destino de contaminantes en el aire.

Visión

El IIA-USFQ es una entidad académica en la que se lleva a cabo investigaciones experimentales y teóricas que buscan responder preguntas específicas del estado actual de la ciencia. Los proyectos del IIA-USFQ siempre contarán con la participación activa de estudiantes de las carreras de ciencias e ingenierías y de prestigiosos colaboradores internacionales.

 

Personal

Personal

Directora

María del Carmen Cazorla, PhD
NASA Postdoctoral Fellow: Goddard Space Flight Center (2010-2012)
PhD en Meteorología: Penn State University (2005-2010)
Fulbright Scholar (2003-2005)
Oficina: BS 211 (Edificio Maxwell)
Telf.: 2971700 ext. 1128
Estación de Mediciones Atmosféricas EMA (M400)
Telf.: 2971700 ext. 1576

Personal Técnico

Edgar Herrera
Ingeniero Electrónico: Universidad San Francisco de Quito
Ingeniero de Operaciones de la EMA

Investigadores USFQ Asociados

Valeria Ochoa-Herrera, PhD
Depto. Ingeniería Ambiental

René Parra, PhD
Depto. Ingeniería Ambiental

José Ramón Mora, PhD
Depto. Ingeniería Química

Luis Caiza, Ms
Depto. Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Ing. Nelson Herrera
Coord. Desarrollo y Mantenimiento

Investigadores Colaboradores Nacionales e Internacionales

William H. Brune
Penn State University

Brent Holben
NASA, Goddard Space Flight Center

Anne Thompson
NASA, Goddard Space Flight Center

Bryan Johnson
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)

Patrick Cullis
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)

Estudiantes actuales

Daniela Chiquito
Ingeniería Ambiental Proyecto: Análisis de composición química en muestras de agua. Año: 2020

Alumni

Wendy Vernaza
Ingeniería Ambiental
Tesis: Medición de la tasa de producción de ozono en el aire ambiente de Cumbayá mediante celdas electroquímicas y monitor MOPS. Año: 2019.

Nicolás Saud
Ingeniería Ambiental
Tesis: Cálculo de la tasa de producción de ozono en Cumbayá (Ecuador) utilizando observaciones de COVs de estudios previos. Año: 2018.

Rodrigo Pozo
Ingeniería Ambiental
Tesis: Estudio exploratorio sobre el uso del modelo F0AM (The framework for 0-D atmospheric modeling) para el cálculo de la tasa de producción de ozono en el aire ambiente de Cumbayá, Ecuador. Año: 2017.

Jocelyn Valencia
Ingeniería Ambiental
Tesis: Estudio exploratorio sobre la detección de ácido nítrico (HNO3) y otras especies nitrogenadas (NO2, NH4) [i.e. NO-2, NH+4] por métodos de química acuosa en el aire ambiente de Cumbayá, Ecuador. Año: 2016.

Carolina Placencia
Ingeniería Ambiental
Tesis: Estudio exploratorio para determinar el índice UV utilizando medidas espectrales de la luz del día. Año: 2016.

Julieta Juncosa
Ingeniería Ambiental
Tesis: Evaluación del modelo WRF (Weather Research and Forecasting) entre la superficie y 30 km sobre Quito casos de estudio entre abril y septiembre de 2015. Año: 2016.

Edgar Herrera
Ingeniería Electrónica
Tesis: Diseño e implementación de un sistema de control de un generador de ozono y procesamiento de datos para la EMA-USFQ. Año: 2016.

Mijaíl Bolaños
Ingeniería Electrónica
Tesis: Diseño e implementación del sistema de control y adquisición de señales para un sensor de Ozono (O3) de doble canal y un detector para experimentos en la EMA-USFQ. Año: 2015.

Ruth Salvador
Ingeniería Ambiental
Tesis: Experimento de sondeo vertical de la atmósfera en el Valle de Cumbayá, Ecuador protocolo de lanzamiento de sondas meteorológicas y resultados preliminares. Año: 2015.

Santiago Vargas
Ingeniería Electrónica
Tesis: Diseño e implementación de un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) para el proyecto USFQ-MOPS (Measurement of Ozone Production Sensor). Año: 2015.

Esteban Tamayo
Ingeniería Ambiental
Tesis: Estación de mediciones atmosféricas en la Universidad San Francisco de Quito (EMA) instalación de instrumentación de meteorología física de la estación terrena y evaluación de los tres primeros meses de datos. Año: 2014.

Investigación

Proyectos

  • Mediciones de la tasa de producción de ozono en la tropósfera con el instrumento MOPS USFQ.
  • Estudio de Atmósfera Superior en Quito: mediciones de la capa límite planetaria.
  • Monitoreo de la columna de ozono troposférico y estratosférico (capa de ozono) a bordo de globos de gran altitud.
  • AERONET Quito y Galápagos.
  • Partículas y ozono en el aire de Quito: dilucidando el régimen de producción de smog.
  • Observaciones de meteorología física y calidad del aire y sus relaciones.
  • The ECHOZ (Ecuadorian Highlands Ozonesondes) project: monitoreo de la capa de ozono sobre los andes ecuatoriales.

Proyecto ECHOZ

Bajo el Convenio de Viena

En 2016 las Naciones Unidas, a través de la Secretaría del Ozono, invitaron al Ecuador a remitir una propuesta para la mejora de la ciencia del ozono bajo el auspicio del Fondo Fiduciario del Convenio de Viena. La USFQ envió la propuesta científica de autoría de (PI) M. Cazorla: The ECHOZ (Ecuadorian Highlands Ozonesondes) Project. ECHOZ se enfoca en continuar con el monitoreo in situ de la capa de ozono sobre los Andes ecuatoriales a bordo de globos de gran altitud desde la EMA USFQ con una mayor frecuencia de muestreo y bajo los lineamientos de interés de observaciones sistemáticas del Convenio de Viena. La propuesta del Ecuador fue canalizada oficialmente por el Gobierno del Ecuador, a través del Ministerio de Industrias y Productividad (MIPRO). En Septiembre de 2018 la Secretaría del Ozono envió la notificación de que ECHOZ fue aprobado para su financiamiento, como lo indica el reporte oficial y según consta listado en el portal de la Secretaría del Ozono:

http://conf.montreal-protocol.org/meeting/orm/10orm/report/English/10ORM-REPORT.pdf

http://178.18.81.158/activities?page=2&language=fr

Coyunturalmente, Quito fue sede de la Trigésima Reunión de las Partes del Protocolo de Montreal (MOP30, por sus siglas en Inglés), que se celebró el 5-9 de noviembre de 2018. La sede fue gestionada por el Gobierno del Ecuador (MIPRO). Como P. I. del proyecto ECHOZ, M. Cazorla participó en la reunión de trabajo para la elaboración de la Posición País, liderada por autoridades del MIPRO, junto con distiguidos delegados de diferentes instituciones. Asimismo, M. Cazorla participó en calidad de observadora a la MOP30 y organizó el evento paralelo del Ecuador titulado “Ecuador’s efforts to improve ozone and climate science: observations in the Galapagos, the Andes, and the Amazon” en el que participaron científicos de la USFQ y del INAMHI. El día 6 de noviembre, los miembros del Panel de Evaluación Científica (SAP, por sus siglas en Inglés) del Protocolo de Montreal, visitaron las instalaciones de la USFQ y la EMA (link a galería de fotos). Nuestros distinguidos visitantes fueron:

Paul Newman - Chief Scientist for Earth Science NASA Goddard Space Flight Center

David Fahey - Director of ESRL Chemical Sciences Division at NOAA

Bonflis Safari - Head of Physics Dept. at University of Rwanda

John Pyle - Senior Professor of Atmospheric Chemistry at University of Cambridge

Stephen Montzka - Scientist at NOAA (autor del famoso paper de Nature sobre el reciente incremento del CFC-11 en la atmósfera).

Convenio NASA-USFQ

El 16 de septiembre de 2016, la USFQ firmó un convenio de cooperación científica con la NASA (National Aeronautics and Space Administration de los Estados Unidos), con el fin de integrar la red de monitoreo remoto AERONET (Aerosol Robotic Network). María del Carmen Cazorla es la Investigadora Principal de la contraparte ecuatoriana. En el marco de este convenio, Brent Holben, director de la red global AERONET, visitó la EMA USFQ y la USFQ Extensión Galápagos en Agosto de 2017.

Al momento contamos con dos puntos de monitoreo:

EMA USFQ, campus principal Quito, coordenadas 0.19ºS, 78.43ºW y 2414 msnm: https://aeronet.gsfc.nasa.gov/new_web/photo_db/Quito_USFQ.html

USFQ Extensión Galápagos, coordenada 0.89ºS, 89.61ºW, 22 msnm: https://aeronet.gsfc.nasa.gov/new_web/photo_db/San_Cristobal_USFQ.html

Los instrumentos de medida son fotómetros solares CIMEL. El fotómetro está montado sobre un brazo robótico programado para seguir permanentemente la trayectoria del sol en el cielo, desde el amanecer hasta la puesta, y para realizar rutinas de escaneo azimutal del cielo. El instrumento mide la irradianza solar en nueve bandas espectrales. Las medidas en tiempo real se procesan para producir observaciones de la profundidad óptica por dispersión de la luz causada por aerosoles (AOD, aerosol optical depth). El instrumento también mide la profundidad óptica de absorción del vapor de agua. Estas medidas se traducen finalmente en observaciones de columna total de aerosoles y vapor de agua sobre los puntos de monitoreo. El instrumento es completamente automático y adquiere y transmite datos en tiempo real. Las mediciones de AOD pueden consultarse en:

https://aeronet.gsfc.nasa.gov/

Publicaciones

Publicaciones relevantes IIA-USFQ:

Cazorla, M. The ECHOz (Ecuadorian Highlands Ozonesondes) project: a contribution to monitor the ozone layer within the framework of the Vienna Convention. 30th Meeting of the Parties to the Montreal Protocol. 2018.
http://conf.montreal-protocol.org/meeting/mop/mop30/presentations

Cazorla, M. y Juncosa, J., Planetary boundary layer evolution over an equatorial Andean valley: A simplified model based on balloon-borne and surface measurements. Atmospheric Science Letters, DOI: 10.1002/asl.829, 2018.

Cazorla, M., Ozone structure over the equatorial Andes from balloon-borne observations and zonal connection with two tropical sea level sites. Journal of Atmospheric Chemistry, 74, 377-398, 2016.

Cazorla, M., Air quality over a populated Andean region: Insights from measurements of ozone, NO, and boundary layer depths. Atmospheric Pollution Research, 7, 66-74, 2016.
UNEP and CCAC 2016, Integrated Assessment of Short-Lived Climate Pollutants for Latin America and the Caribbean: Improving air quality while mitigating climate change. Summary for decision makers. United Nations Environmental Program, Nairobi Kenya, 2016.

Cazorla, M. and Juncosa, J., Transition between the dry and rainy season in Cumbayá (Ecuador): 2014 to 2015 comparison from observations at USFQ’s Atmospheric Measurement Station (EMA). Avances en Ciencias e Ingenierías, 7, C1-C4, 2015.

Cazorla, M. and Tamayo, E., Atmospheric measurement station at Universidad San Francisco de Quito (EMA): ground-based physical meteorology instrumentation and assessment of initial measurements. Avances en Ciencias e Ingenierías, 6, C21-C30, 2014.

Rivadeneira, L., Juncosa, J., Naciph, K., Cazorla, M., Universidad San Francisco de Quito Faculty CO2 emissions due to transportation during the Spring Semester 2014. Avances en Ciencias e Ingenierías, 6, C1-C3, 2014.

Naciph, K., Rivadeneira, L. Juncosa, J., Cazorla, M., Cálculo de las emisiones de CO2 de la Universidad San Francisco de Quito pertenecientes el rubro de transporte estudiantil del Segundo Semestre 2012-2013. Avances en Ciencias e Ingenierías, 5, C1-C5, 2013.

Cazorla, M., Análisis de datos horarios de radiación solar y abundancia de ozono del Distrito Metropolitano de Quito de 2007 a 2012. Avances en Ciencias e Ingenierías, 5, C67-C78, 2013.

Recursos

La Estación de Mediciones Atmosféricas EMA USFQ (0.19º S, 78.43º W, 2414 msnm) es el brazo experimental del IIA. La EMA se encuentra ubicada en la terraza del edificio Maxwell, en el campus principal de la USFQ. La Estación de Mediciones Atmosféricas EMA USFQ inició sus funciones en el año 2014 como un espacio de investigación, monitoreo atmosférico y aprendizaje constante. En la EMA se cuenta con equipamiento para realizar mediciones meteorológicas y de calidad del aire en tiempo real. Las variables y procesos monitoreados incluyen:

  1. Meteorología física: velocidad y dirección del viento, presión atmosférica, temperatura, humedad relativa, radiación solar y precipitación.
  2. Calidad del aire: concentraciones en el aire ambiente de ozono y NOx.
  3. Monitoreo mensual de variables termodinámicas y ozono troposférico y estratosférico (capa de ozono): radio y ozono sondeos a bordo de globos de gran altitud. Desde 2019 esta actividad (proyecto ECHOZ) se ejecutará bajo el auspicio del Fondo Fiduciario del Convenio de Viena para Investigación y Observaciones Sistemáticas (ver link). Esta actividad permite también la medición in situ de la profundidad y estructura de la capa límite planetaria.
  4. Profundidad óptica de aerosoles y vapor de agua: NASA AERONET (ver link).
  5. Mediciones espectrales de la luz del día y estimación del índice UV.
  6. Mediciones y modelo de la tasa de producción de ozono en la tropósfera: MOPS USFQ (Measurement of Ozone Production Sensor at USFQ) y modelo FOAM (Framework for 0-D Atmospheric Modeling).

Mediciones especializadas:

AOD (Aerosol Optical Depth):

La EMA USFQ tiene dos fotómetros solares, uno se encuentra localizado en el campus Cumbayá y otro en la USFQ Galápagos. Estos instrumentos miden la profundidad óptica de aerosoles y de vapor de agua Investigación - CONVENIO NASA AERONET.

Fotómetro solar CIMEL – NASA AERONET, campus Cumbayá

Fotómetro solar CIMEL – NASA AERONET, campus Cumbayá

Fotómetro solar CIMEL – NASA AERONET, campus Galápagos

Fotómetro solar CIMEL – NASA AERONET, campus Galápagos

ECHOz (Ecuadorian Highlands Ozonesondes): monitoreo de la capa de ozono.

Periódicamente realizamos lanzamientos de pares de radio y ozono sondas a bordo de globos de gran altitud desde la EMA USFQ. Contamos con un sistema de telemetría de estación terrena conformado por una antena, un preamplificador de señal, un receptor y una computadora. La radio sonda mide las variables termodinámicas conocidas en el argot como P-T-U (pressure, temperature, humidity) y la ozono sonda mide la presión parcial del ozono. Las señales de la radio y ozono sondas se transmiten en tiempo real a la estación terrena con alta resolución, correspondiente a aproximadamente a 1 dato cada 5 metros de ascenso. El ozono sondeo profundo de la capa de ozono usualmente alcanza entre 30-32 km sobre el nivel del mar.

ECHOZ 1
ECHOZ 2
ECHOZ 3

Como paso previo al lanzamiento, las ozono sondas requieren ser acondicionadas entre diez a quince días antes del vuelo. Para el efecto se utiliza una unidad de prueba en la que se simula concentraciones de ozono y se mide la respuesta de la corriente de las sondas.

Mediciones espectrales de luz del día:

Mediciones espectrales de luz del día 1
Mediciones espectrales de luz del día 2

Óptica, mini espectrómetro y software para mediciones espectrales de luz del día y estimación del índice UV.

Mediciones y modelo de la tasa de producción de ozono:

Mediciones y modelo de la tasa de producción de ozono

En la EMA contamos con la versión USFQ del instrumento MOPS, Measurement of Ozone Production Sensor (Cazorla and Brune, 2010). Con este instrumento investigamos el régimen de producción de ozono en el aire ambiente de Cumbayá. Adicionalmente, realizamos corridas de química atmosférica con diferentes mecanismos mediante el modelo FOAM, Framework for 0-D atmospheric modeling, (Wolfe, 2016). Para el efecto contamos con un equipo computacional de alta capacidad de procesamiento.

Simulaciones de química atmosférica:

Equipo computacional con capacidades de procesamiento, memoria y almacenamiento para correr:

F0AM: The Framework for 0-D Atmospheric Modeling

TUV Tropospheric Ultraviolet and Visible Radiation Model

Mediciones de línea base:

Meteorología Física:

La EMA USFQ adquiere datos de variables meteorológicas en tiempo real, a través de sensores cuyas mediciones se visualizan y registran continuamente en la estación terrena. Se utilizan sistemas de adquisición de datos diseñados en la EMA con dispositivos National Instruments y el programa LabVIEW. También se utiliza el data logger y la aplicación Vaisala para visualización y registro de datos.

Los equipos utilizados son:

Piranómetro

Piranómetro
Mide la radiación solar global en Wm-2, la respuesta espectral del sensor es de 300-3000 nm.

Anemómetro sónico

Anemómetro sónico
Mide las tres componentes vectoriales del viento y la temperatura sónica.

Sensor de temperatura y humedad relativa con escudo de radiación.

Sensor de temperatura y humedad relativa con escudo de radiación.

Sensor de presión barométrica de alta precisión.

Sensor de presión barométrica de alta precisión.

Pluviómetro de tipo “tipping bucket”.

Pluviómetro de tipo “tipping bucket”.

Vaisala Data Logger

Vaisala Data Logger
Almacena los datos recolectados por los sensores, para lo cual presenta una tarjeta con memoria interna lo que hace autónoma a la estación.

Calidad del aire:

En la EMA USFQ se monitorea en tiempo real las concentraciones de ozono (O3) así como de dióxido de nitrógeno (NO2) y monóxido de nitrógeno (NO) que, colectivamente, se denominan NOx.

El sensor de ozono es un fotómetro ley de Beer Thermo 49i.

El sensor de ozono es un fotómetro ley de Beer Thermo 49i.

El sensor de NO-NO2-NOx es un monitor de quimiluminescencia Teledyne T200.

El sensor de NO-NO2-NOx es un monitor de quimiluminescencia Teledyne T200.

banca de flujo

En la EMA USFQ disponemos de una banca de flujo con hardware y software propios, la cual permite realizar la calibración periódica del analizador de NOx. Para el efecto, se preparan mezclas de diferentes concentraciones de NO a partir de un estándar certificado de NO.

Los datos se adquieren y almacenan en tiempo real en la EMA con sistemas de adquisición de datos y aplicaciones de software propios.

Los datos de línea base de la EMA se encuentran disponibles en Investigación - Observaciones diarias.

Galería

Fotómetro Cumbayá
Fotómetro Galápagos
Lanzamiento Globo IIA
Lanzamiento globo
Panorámicas EMA
Protocolo de Montreal


 

CAMCA

Congreso Anual de Meteorología y Calidad del Aire (CAMCA)

CAMCA 2019

CAMCA 2018

CAMCA 2017

CAMCA 2016

CAMCA 2015

CAMCA 2014

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