Para interpretar las medidas de sustancias atmosféricas, a menudo es útil modelar la química que estas pueden experimentar, y comparar los resultados de las simulaciones con las medidas de campo. Nuestro grupo está involucrado en el modelado de la química de la capa límite, la troposfera y la estratosfera, tanto local como globalmente. Disponemos de varias herramientas computacionales desarrolladas en colaboración con otros grupos internacionales, que se describen brevemente a continuación:
Modelado en caja
Usamos dos modelos en caja diferentes para estudiar química de halógenos y de compuestos orgánicos. El primero fue desarrollado originalmente por Plane and Nien (1991) para estudiar la química del NO3 y fue ampliado para el estudio de las interacciones entre los ciclos del nitrógeno y el azufre en la capa límite marina (Yvon and Saltzman, 1993; Yvon et al., 1996). El modelo fue modificado más tarde para el estudio de la química de halógenos en Mace Head, Irlanda (McFiggans et al., 2000; Saiz-Lopez et al., 2006b). Dicho modelo contiene la fotoquímica del yodo, el bromo, HOx y NOx, así como reacciones heterogéneas básicas.
El segundo modelo fue desarrollado recientemente para un estudio detallado de la química orgánica de la baja atmósfera y fue aplicado por primera vez en la interpretación de observaciones de formaldehído en Cabo Verde (Mahajan et al., 2011) (ver figura adjunta). El modelo está acoplado al Master Chemical Mechanism (MCM) y además de procesos orgánicos contiene una descripción completa de la fotoquímica de halógenos, HOx, NOx y un tratamiento básico de química heterogénea.
Modelado en 1 dimensión
Nuestro grupo hace uso de un modelo en una dimensión (1-D) denominado THAMO (Tropospheric HAlogen chemistry MOdel). Se trata de un modelo químico y de transporte basado en el método de integración multipaso implícito-explícito (Jacobson, 2005), acoplado a una rutina de difusión vertical descrita por Shimazaki (1985).
El modelo consta de las siguientes partes: i) un modulo químico que incluye fotoquímica, y reacciones en fase gaseosa y heterogéneas; ii) un módulo de transporte que incluye difusión vertical por remolinos; iii) un esquema radiativo que calcula la irradiancia solar en función del ángulo solar cenital; y iv) un código dinámico de generación y crecimiento de partículas, que puede ser empleado por ejemplo para simulación de formación de aerosol ultrafino inducida por yodo (Mahajan et al., 2011b).
Este modelo ha sido diseñado y utilizado en colaboración con el grupo del Profesor John Plane de la Universidad de Leeds.
Modelado global en 3 dimensiones
Nuestro grupo utiliza el modelo climático global CAM-Chem (Lamarque et al., 2011), del National Center for Atmospheric Research (NCAR). CAM-Chem es una extensión del Community Atmosphere Model (CAM) (Collins et al., 2006; Gent et al., 2010) que incluye química interactiva, es decir, que resuelve los procesos químicos, radiativos y de transporte en la atmósfera de manera acoplada. El modelo contiene descripciones detalladas de la fotoquímica en la troposfera y la estratosfera, así como parametrizaciones de diversas especies de aerosoles. Actualmente utilizamos CAM-Chem con una resolución horizontal de 1.9° (latitud) x 2.5° (longitud), y 26 niveles verticales desde la superficie hasta aproximadamente 40 km de altura.
En colaboración con la División de Química Atmosférica en NCAR hemos implementado un esquema de química troposférica de halógenos en CAM-Chem que incluye emisiones oceánicas de compuestos halocarbonados (Ordóñez et al., 2012). Para ello se ha ampliado el mecanismo químico existente para incluir el procesado de estas especies en la atmósfera mediante reacciones fotoquímicas y el reciclado de halógenos en aerosol marino. La inclusión de estos procesos en el modelo da lugar a una destrucción de alrededor del 10% de la columna troposférica de ozono en las zonas tropicales, particularmente en la troposfera libre (ver figura). Las implicaciones de esta destrucción de ozono troposférico para el balance radiativo de la atmósfera han sido cuantificadas por Saiz-Lopez et al. (2012).