Sensibilidad dependiente del régimen del campo eléctrico atmosférico frente a la contaminación antropogénica en São Paulo, Brasil

Resumen del estudio

El estudio analiza la sensibilidad del campo eléctrico atmosférico a la contaminación antropogénica en la megaciudad de São Paulo durante el período 2018–2024, utilizando un conjunto de datos de largo plazo bajo condiciones estrictas de fair weather (sin precipitación y con filtrado satelital de nubosidad local < 20%). Antes de evaluar las correlaciones con contaminantes, los autores construyen una climatología eléctrica robusta del campo eléctrico urbano, demostrando que su ciclo diurno difiere claramente de la curva de Carnegie tanto en fase como en forma. El campo eléctrico en São Paulo presenta una fuerte modulación diurna, con máximos matutinos y una depresión vespertina asociada a la mezcla convectiva, además de mayor amplitud relativa en invierno, cuando predominan condiciones atmosféricas más estables.

El análisis de correlación revela una jerarquía reproducible en el acoplamiento campo eléctrico–contaminantes. Los gases primarios de combustión (NOₓ, NO y CO) muestran las asociaciones más fuertes con el campo eléctrico, con coeficientes medianos diarios del orden de 0.6 bajo condiciones estables. En contraste, PM₁₀ presenta una relación más débil, variable y dependiente del régimen dinámico. Esta jerarquía se mantiene tanto en subconjuntos estrictamente simultáneos como en conjuntos ampliados, lo que confirma que no es un artefacto estadístico. Además, el estudio demuestra que el acoplamiento es fuertemente dependiente del ciclo diurno: las correlaciones son altas durante la noche y primeras horas de la mañana, cuando la capa límite es estable y la ventilación débil, pero disminuyen marcadamente en la tarde debido al aumento de la mezcla turbulenta.

Un aporte importante del trabajo es el análisis de retardos temporales. Los gases primarios (NOₓ y CO) presentan máxima correlación sin desfase, mientras que especies secundarias y particuladas (NO₂ y PM₁₀) muestran un desfase positivo cercano a una hora, lo que sugiere una respuesta eléctrica más inmediata a emisiones primarias y una alineación más retardada para procesos secundarios o particulados. Asimismo, el estudio cuantifica la modulación por velocidad del viento dentro del rango aceptado de fair weather: aunque el viento no domina directamente la variabilidad del campo eléctrico, sí debilita sistemáticamente el acoplamiento campo eléctrico–contaminantes a medida que aumenta la ventilación, siendo el efecto más abrupto para PM₁₀.

El análisis de perturbaciones antropogénicas refuerza la interpretación física. La huelga de camioneros de 2018 no produjo una señal persistente en el campo eléctrico, probablemente debido a su duración limitada. En contraste, durante el confinamiento por COVID-19 en 2020 se observa una reducción sostenida del campo eléctrico bajo condiciones de buen tiempo, manteniendo la estructura diurna pero desplazando todo el perfil hacia valores menores, lo que constituye evidencia de sensibilidad a una disminución significativa de emisiones.

Finalmente, mediante modelos de regresión lineal múltiple y Random Forest, se evalúa la capacidad predictiva del campo eléctrico para estimar concentraciones de CO, NO₂ y PM₁₀. Bajo condiciones nocturnas estables, los modelos alcanzan valores de R² cercanos a 0.5, mientras que el desempeño disminuye al considerar el ciclo diurno completo. La similitud entre el modelo lineal y el no lineal en régimen estable sugiere que el acoplamiento físico es predominantemente lineal cuando la mezcla atmosférica está suprimida.

En conjunto, el trabajo concluye que el campo eléctrico urbano no debe interpretarse como un proxy universal de contaminación, sino como un indicador eléctrico dependiente del régimen dinámico de la capa límite atmosférica, cuya sensibilidad a emisiones antropogénicas emerge preferentemente bajo condiciones estables y débil ventilación en un entorno de megaciudad.

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