An approach for the identification of particulate matter in the clouds of Bogotá using satellite imagery analysis
Published
Dec 6, 2019
Almetrics
Dimensions
Google Scholar
Juan Antonio Aragón-Moreno, MSc
https://orcid.org/0000-0003-2768-9082
Laura Isabel Espinosa-Martínez, BSc
https://orcid.org/0000-0003-0366-5502
Paula Andrea Castañeda-Garzón, BSc
https://orcid.org/0000-0003-4903-0684
https://orcid.org/0000-0003-2768-9082
Laura Isabel Espinosa-Martínez, BSc
https://orcid.org/0000-0003-0366-5502
Paula Andrea Castañeda-Garzón, BSc
https://orcid.org/0000-0003-4903-0684
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Abstract
Objective: An analysis of the air quality of Bogotá by identifying clouds during the period from 2013-2017 and verifying patterns of behavior between cloud formation and the concentration of particulate matter is presented. Materials and methods: The study sample includes data provided by the Bogotá Air Quality Monitoring Network (RMCAB), taking into account the concentration of particulate matter, temperature, precipitation, wind direction and wind speed. The data are compared with Landsat 8 satellite images and different combinations of spectral bands through the use of the Geographic Information System (GIS) ArcGis. Results and discussion: A high model correlation is reflected in a percentage greater than 90%, presenting a greater coincidence with a periodicity of two years during the dry period; it is possible to observe that the concentration of pollutants follows the trend of the wind vector lines, and the concentration has a direct correlation with cloud formation, which is influenced by temperature, wind speed and wind direction. Conclusions: This paper provides an alternative for the measurement of particulate matter and contributes to the collection of information on this research topic.
Keywords
Air quality, satellite images, Landsat 8, ArcGis, particulate material, clouds, meteorological variables, atmospheric reflectance an spectral bandsCalidad del aire, imágenes satelitales, Landsat 8, ArcGis, material particulado, nubes, variables meteorológicas, reflectancia atmosférica y bandas espectrales
References
[1] World Health Organization (WHO), “Calidad del aire y salud,” April 2016. [Online]. Available: https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health. Accessed: May 24, 2017.
[2] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MADS), “Diagnóstico Nacional de Salud Ambiental,” Colombia, 2012.
[3] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Segundo boletín sobre contaminación atmosférica,” Subdirección de Estudios Ambientales IDEAM, Colombia, 2016.
[4] J. Bocarejo et al., “Caracterización de la contaminación atmosférica en Colombia,” University College London-Universidad de los Andes, Colombia, 2013.
[5] M. Khallaf, “The impact of air pollution on heatlh, economy, environment and agricultural sources,” In. Tech., Rijeka, Croatia, 2011.
[6] D. Rosenfield and W. Woodley, “Pollution and clouds,” Physics World, no. 2, pp. 33–37, 2001. doi: 10.1088/2058-7058/14/2/30
[7] V. Kayetha and R. Collins, “Optically thin midlevel ice clouds derived from Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations,” J. Appl. Remote Sens., vol. 10, no. 4, Oct.-Dec. 2016. doi: 10.1117/1.JRS.10.046007
[8] O. Barrios Correa, “Contaminación del ambiente por material particulado generado en las obras civiles,” thesis, Dep. Ing. Civ., Univ. Sucre, Sincelejo, Colombia, 2017.
[9] H. Weitzenfeld, “Problemas de contaminación del aire en America Latina y El Caribe,” Mexico, 2012. Available: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/eco/023999.pdf
[10] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Región Andina Temperatura,” July 2018. [Online]. Available: http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/region-andina-temperatura.
[11] N. Rojas, Aire y problemas ambientales de Bogotá. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 2012.
[12] E. Behrentz, J. Cancino, and M. Gaitán, “Análisis del estado de la calidad del aire en Bogotá,” Rev. Ing., no. 26, pp. 81–92, 2007. doi:10.16924/riua.v0i26.299.
[13] L. Chaparro, M. Cuervo, J. Gómez, and M. Toro, Emisiones al ambiente en Colombia. Bogotá: IDEAM, 2001. Available: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/000001/cap13.pdf
[14] G. Torres, “¿Cuál es la sorprendente ‘ciudad más contaminada’ de América Latina?,” BBC, May 13, 2016. [Online]. Available:https://www.bbc.com/mundo/noticias/2016/05/160513_ciencia_ciudad_mas_contaminada_america_latina_gtg. Accessed: Jan. 22, 2018.
[15] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Informe del estado de la calidad del aire en colombia (2007-2010),” Bogotá, 2012. Available: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/022433/CALIDADDELAIREWEB.pdf
[16] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MAVDT). (2016, Apr. 4). Resolución 601. [Online]. Available: http://www.minambiente.gov.co/images/normativa/app/resoluciones/59-Resolución%20601%20de%202006%20-%20calidad%20del%20aire.pdf
[17] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MAVDT). (2010, March 24). Resolución 610. [Online]. Available: http://www.minambiente.gov.co/images/normativa/app/resoluciones/bf-Resolución%20610%20de%202010%20-%20Calidad%20del%20Aire.pdf
[18] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Informe del estado de la calidad del aire en colombia (2011-2015),” Bogotá, 2016. Available: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/023637/Informe_del_Estado_de_la_Calidad_del_Aire_en_Colombia_2011-2015_vfinal.pdf
[19] S. Appadurai and J. Colins, “Satellite based estimation of PM10 from aot of Landsat 7ET+OVER Chennai City,” Int. J. Adv. Eng. Res., vol. 11, no. 4, pp. 62–68, 2016. Available: https://www.ijaer.com/images/short_pdf/1501822032_Sam_Appadurai_C9_9.pdf
[20] A. Shadden, A. Kidwai, N. Ain, and A. Zeeshan, “Estimating air particulate matter 10 using Landsat multi-temporal data and analyzing its annual temporal pattern over gaza strip, Palestine,” J. Asian Sci. Res., vol. 7, no. 2, pp. 22–37, 2017. doi: 10.18488/journal.2/2017.7.2/2.2.22.37
[21] C. Alvarez and O. Padilla, “Estimación de contaminación del aire por PM10 en Quito, determinado por índices ambientales obtenidos con imágenes satelitales Landsat EM+,” Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, pp. 1–11, 2014. Available: https://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8753/1/AC-SGA-ESPE-047962.pdf
[22] L. Santana and L. E. Capote P., “Estimación de un índice de calidad ambiental urbano, a partir de imágenes de satélite,” Rev. Geog. Norte Grande, no. 45, pp. 77–95, 2010. doi: 10.4067/S0718-34022010000100006
[23] Secretaría Distrital de Ambiente (SDA), “Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá-RMCAB,” 2010. [Online]. Available: http://ambientebogota.gov.co/web/sda/red-de-calidad-del-aire. Accessed: May 21, 2017.
[24] Secretaría Distrital de Ambiente (SDA), “Plan Decenal de Desontaminación del Aire para Bogotá,” Bogotá, 2010. Available: http://ambientebogota.gov.co/en/c/document_library/get_file?uuid=b5f3e23f-9c5f-40ef-912a-51a5822da320&groupId=55886.
[25] Hospital Suba, “Boletín Informativo Calidad del Aire y Salud,” Aug. 2009. [Online]. Available: http://www.saludcapital.gov.co/sitios/VigilanciaSaludPublica/Informacin%20general%20para%20descargas/Boletines%20epidemiologicos/Boletines%20calidad%20aire%20y%20salud/2009/Suba/8%20BOLETIN%20AGOSTO%20CALIDAD%20DEL%20AIRE%20Y%20SALUD.pdf
[26] F. Lutgens and E. Tarbuck, The Atmosphere, an Introduction to Meteorology, 13 ed. New Jersey: Pearson, 2016.
[27] Y. Leon, Introducción a las imágenes satelitales, INTEC, República Dominicana, 2002. Available: https://nanopdf.com/download/introduccion-a-las-imagenes-satelitales_pdf
[28] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MAVDT), “Política de Prevención y Control de la Contaminación del Aire.” Bogotá: Author, 2010. Available: http://www.minambiente.gov.co/index.php/asuntos-ambientales-sectorial-y-urbana/gestion-del-aire/politica-de-prevencion-y-control-de-la-contaminacion-del-aire-ppcca#documentos-relacionados.
[29] Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá (RMCAB), “Sitio web de información ambiental.” [Online]. Available: http://201.245.192.252:81/
[30] Gretl, “Gnu regression, econometrics and time-series library.” [Online]. Available: http://gretl.sourceforge.net/
[31] Lakes Environmental, “WRPLOT View™-Freeware.” [Online]. Available: https://www.weblakes.com/products/wrplot/index.html
[32] Earth Observing System (EOS). EOS Land Viewer. [Online]. Available: https://eos.com/landviewer/
[33] M. Goodchild, “Geographic information systems and science: Today and tomorrow,” Proc. Earth Planetary Sci., vol. 1, no. 1, pp. 1037–1043, 2009. Available: https://doi.org/10.1016/j.proeps.2009.09.160
[2] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MADS), “Diagnóstico Nacional de Salud Ambiental,” Colombia, 2012.
[3] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Segundo boletín sobre contaminación atmosférica,” Subdirección de Estudios Ambientales IDEAM, Colombia, 2016.
[4] J. Bocarejo et al., “Caracterización de la contaminación atmosférica en Colombia,” University College London-Universidad de los Andes, Colombia, 2013.
[5] M. Khallaf, “The impact of air pollution on heatlh, economy, environment and agricultural sources,” In. Tech., Rijeka, Croatia, 2011.
[6] D. Rosenfield and W. Woodley, “Pollution and clouds,” Physics World, no. 2, pp. 33–37, 2001. doi: 10.1088/2058-7058/14/2/30
[7] V. Kayetha and R. Collins, “Optically thin midlevel ice clouds derived from Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations,” J. Appl. Remote Sens., vol. 10, no. 4, Oct.-Dec. 2016. doi: 10.1117/1.JRS.10.046007
[8] O. Barrios Correa, “Contaminación del ambiente por material particulado generado en las obras civiles,” thesis, Dep. Ing. Civ., Univ. Sucre, Sincelejo, Colombia, 2017.
[9] H. Weitzenfeld, “Problemas de contaminación del aire en America Latina y El Caribe,” Mexico, 2012. Available: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/eco/023999.pdf
[10] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Región Andina Temperatura,” July 2018. [Online]. Available: http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/region-andina-temperatura.
[11] N. Rojas, Aire y problemas ambientales de Bogotá. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 2012.
[12] E. Behrentz, J. Cancino, and M. Gaitán, “Análisis del estado de la calidad del aire en Bogotá,” Rev. Ing., no. 26, pp. 81–92, 2007. doi:10.16924/riua.v0i26.299.
[13] L. Chaparro, M. Cuervo, J. Gómez, and M. Toro, Emisiones al ambiente en Colombia. Bogotá: IDEAM, 2001. Available: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/000001/cap13.pdf
[14] G. Torres, “¿Cuál es la sorprendente ‘ciudad más contaminada’ de América Latina?,” BBC, May 13, 2016. [Online]. Available:https://www.bbc.com/mundo/noticias/2016/05/160513_ciencia_ciudad_mas_contaminada_america_latina_gtg. Accessed: Jan. 22, 2018.
[15] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Informe del estado de la calidad del aire en colombia (2007-2010),” Bogotá, 2012. Available: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/022433/CALIDADDELAIREWEB.pdf
[16] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MAVDT). (2016, Apr. 4). Resolución 601. [Online]. Available: http://www.minambiente.gov.co/images/normativa/app/resoluciones/59-Resolución%20601%20de%202006%20-%20calidad%20del%20aire.pdf
[17] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MAVDT). (2010, March 24). Resolución 610. [Online]. Available: http://www.minambiente.gov.co/images/normativa/app/resoluciones/bf-Resolución%20610%20de%202010%20-%20Calidad%20del%20Aire.pdf
[18] Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), “Informe del estado de la calidad del aire en colombia (2011-2015),” Bogotá, 2016. Available: http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/023637/Informe_del_Estado_de_la_Calidad_del_Aire_en_Colombia_2011-2015_vfinal.pdf
[19] S. Appadurai and J. Colins, “Satellite based estimation of PM10 from aot of Landsat 7ET+OVER Chennai City,” Int. J. Adv. Eng. Res., vol. 11, no. 4, pp. 62–68, 2016. Available: https://www.ijaer.com/images/short_pdf/1501822032_Sam_Appadurai_C9_9.pdf
[20] A. Shadden, A. Kidwai, N. Ain, and A. Zeeshan, “Estimating air particulate matter 10 using Landsat multi-temporal data and analyzing its annual temporal pattern over gaza strip, Palestine,” J. Asian Sci. Res., vol. 7, no. 2, pp. 22–37, 2017. doi: 10.18488/journal.2/2017.7.2/2.2.22.37
[21] C. Alvarez and O. Padilla, “Estimación de contaminación del aire por PM10 en Quito, determinado por índices ambientales obtenidos con imágenes satelitales Landsat EM+,” Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, pp. 1–11, 2014. Available: https://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/8753/1/AC-SGA-ESPE-047962.pdf
[22] L. Santana and L. E. Capote P., “Estimación de un índice de calidad ambiental urbano, a partir de imágenes de satélite,” Rev. Geog. Norte Grande, no. 45, pp. 77–95, 2010. doi: 10.4067/S0718-34022010000100006
[23] Secretaría Distrital de Ambiente (SDA), “Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá-RMCAB,” 2010. [Online]. Available: http://ambientebogota.gov.co/web/sda/red-de-calidad-del-aire. Accessed: May 21, 2017.
[24] Secretaría Distrital de Ambiente (SDA), “Plan Decenal de Desontaminación del Aire para Bogotá,” Bogotá, 2010. Available: http://ambientebogota.gov.co/en/c/document_library/get_file?uuid=b5f3e23f-9c5f-40ef-912a-51a5822da320&groupId=55886.
[25] Hospital Suba, “Boletín Informativo Calidad del Aire y Salud,” Aug. 2009. [Online]. Available: http://www.saludcapital.gov.co/sitios/VigilanciaSaludPublica/Informacin%20general%20para%20descargas/Boletines%20epidemiologicos/Boletines%20calidad%20aire%20y%20salud/2009/Suba/8%20BOLETIN%20AGOSTO%20CALIDAD%20DEL%20AIRE%20Y%20SALUD.pdf
[26] F. Lutgens and E. Tarbuck, The Atmosphere, an Introduction to Meteorology, 13 ed. New Jersey: Pearson, 2016.
[27] Y. Leon, Introducción a las imágenes satelitales, INTEC, República Dominicana, 2002. Available: https://nanopdf.com/download/introduccion-a-las-imagenes-satelitales_pdf
[28] Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MAVDT), “Política de Prevención y Control de la Contaminación del Aire.” Bogotá: Author, 2010. Available: http://www.minambiente.gov.co/index.php/asuntos-ambientales-sectorial-y-urbana/gestion-del-aire/politica-de-prevencion-y-control-de-la-contaminacion-del-aire-ppcca#documentos-relacionados.
[29] Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá (RMCAB), “Sitio web de información ambiental.” [Online]. Available: http://201.245.192.252:81/
[30] Gretl, “Gnu regression, econometrics and time-series library.” [Online]. Available: http://gretl.sourceforge.net/
[31] Lakes Environmental, “WRPLOT View™-Freeware.” [Online]. Available: https://www.weblakes.com/products/wrplot/index.html
[32] Earth Observing System (EOS). EOS Land Viewer. [Online]. Available: https://eos.com/landviewer/
[33] M. Goodchild, “Geographic information systems and science: Today and tomorrow,” Proc. Earth Planetary Sci., vol. 1, no. 1, pp. 1037–1043, 2009. Available: https://doi.org/10.1016/j.proeps.2009.09.160
How to Cite
Aragón-Moreno, J. A., Espinosa-Martínez, L. I., & Castañeda-Garzón, P. A. (2019). An approach for the identification of particulate matter in the clouds of Bogotá using satellite imagery analysis. Ingenieria Y Universidad, 23(2). https://doi.org/10.11144/Javeriana.iyu23-2.aipm
Section
Civil and environmental engineering