Las mediciones recogidas utilizando un sensor de dispersión de luz continua, AV, se compararon con las mediciones realizadas utilizando datos BAM de referencia, calculados por la embajada estadounidense y el gobierno chino, entre el 1 y el 30 de junio de 2015. El objetivo de esta investigación era analizar la exactitud y precisión del sensor AV en la medición de la concentración másica de partículas en suspensión en el aire con un diámetro aerodinámico inferior a 2,5 micrómetros(µm). Las mediciones de PM2,5 realizadas por el sensor AV y el sensor BAM mostraron una buena correlación, con una eficacia de correlación diaria y horaria de 0,96 y 0,83 respectivamente. Como tales, AV y BAM son correctos para su despliegue en la monitorización continua en tiempo real de PM 2,5.

Todos los instrumentos se utilizaron en el distrito de ChaoYang (Pekín). Los datos de BAM se midieron en la embajada de Estados Unidos, situada en el número 55 de Anjialou Road. La distancia entre el AV y el sensor de la embajada estadounidense es de aproximadamente 0,5 km. El detector AV se situó en un balcón de 20 m de altura, frente a una zona residencial, para garantizar que los datos recogidos por el sensor no se vieran afectados por la contaminación del tráfico de automóviles.

El seguimiento se llevó a cabo desde el 1 de junio (18:00) hasta el 30 de junio de 2015 (15:00), para un periodo de medición total de 30 días. La concentración de PM2,5 se controló durante el mes de junio debido a la gran variación de la concentración de PM2,5 y a la variedad en los niveles de humedad.

Se utilizó un método cuantitativo de comparación de datos para tener una idea visual de la precisión de los datos mediante un gráfico de series temporales, como se muestra en las figuras 1 y 2. La concentración media de PM2,5 se calculó a partir de los datos registrados cada hora. La concentración de PM2,5 registrada entre ambos instrumentos fue ligeramente diferente. Esto se debe a los diferentes métodos de detección entre ambos instrumentos, ya que el AV utilizaba la dispersión de luz y el BAM la dispersión de rayos beta. Además, el tiempo de respuesta del AV y del BAM es diferente, ya que el AV está configurado para registrar la concentración cada segundo, mientras que el BAM registra los datos cada hora.

Se capturó un total de 694 puntos de datos. Mientras que la concentración media en masa de PM2,5 se distribuyó entre 0 y 250µg/m3, se muestra una tendencia de concentración similar para AV y BAM.

Figura 1: Series temporales de la media horaria de PM2,5 utilizando AV y BAM (Embajada de EE.UU.)
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Figura 2: Series temporales de la media horaria de PM2,5 mediante AV y BAM (gobierno chino, centro de exposiciones agrícolas)

Se utilizaron dos análisis estadísticos para comparar las concentraciones de AV y BAM. Uno era comparar la diferencia horaria entre los dos instrumentos tanto en concentración absoluta como en porcentaje y dos era comparar AV con BAM utilizando un análisis de regresión lineal.

La diferencia relativa puede calcularse dividiendo la diferencia absoluta y el valor de concentración de la embajada estadounidense. Al comparar la medición media diaria de la embajada de EE.UU. y el sensor AV, se observó que la diferencia porcentual era del 13,9%, lo que indica una excelente correlación, ya que se calcula que el error medio del dispositivo de dispersión de la luz es de aproximadamente entre el 30% y el 40% según (Molenar, s.f.). Las diferencias relativas se deben a la variabilidad natural de los parámetros de los aerosoles PM2,5 y a la eficacia de dispersión del sensor AV. La diferencia espacial es una contribución añadida a la diferencia entre las mediciones. (Consulte los factores que afectan a las mediciones de PM2,5)

Mientras que la diferencia relativa horaria entre AV y BAM es del 16,1%. Se puede conseguir una mayor precisión si se desprecian los valores atípicos, especialmente en niveles de concentración muy bajos (<8 µg/m3). Cuanto menor sea el nivel de concentración, mayor será la incertidumbre.

El propósito del análisis de regresión lineal es explorar la relación entre las mediciones correspondientes de AV y BAM a través de un rango de concentraciones. El procedimiento de regresión determina la "mejor" línea recta disponible para describir la relación y el coeficiente de regresión explica la correlación de los datos. La figura X muestra una comparación del diagrama de regresión.

El coeficiente medio de correlación al cuadrado (r2) de las mediciones medias diarias entre AV y BAM resultó ser de 0,959. La pendiente fue de 0,9067 y la interceptación media de 4,6644. La concordancia entre las mediciones diarias es muy buena, ya que la pendiente se aproxima a 1 y r2 supera 0,9.

Sin embargo, a partir de las mediciones horarias, la pendiente es de aproximadamente 0,822 y r2 es de 0,83, según la figura 4. Aunque los datos horarios se desvían más de la relación uno a uno en comparación con las mediciones diarias, la r2 de 0,83 indica una fuerte correlación entre las concentraciones de AV y BAM.

Aunque la correlación entre los datos del gobierno chino y AV muestra un r2 elevado, con un valor de 0,93, los datos se desvían más de una línea de relación uno a uno, con una pendiente menor (0,83) y un intercepto mayor (9,54).

Figura 3. Líneas de regresión lineal de la media diaria de los datos BAM de las embajadas de EE.UU. frente a los datos AV

Figura 4. Líneas de regresión lineal de la media horaria de los datos BAM de la embajada de EE.UU. frente a los datos AV

Figura 5. Líneas de regresión lineal de los datos diarios medios del Gobierno chino frente a los datos de AV

Cuadro 1. Comparación de la dispersión de luz de partículas y la dispersión de rayos beta

Esta investigación y las cifras ilustran que el dispositivo de detección por dispersión de luz calibrado, el sensor Air Visual, es útil como instrumento alternativo para controlar los niveles de concentración de PM2,5. A pesar del coste relativamente bajo del sensor Air Visual, los resultados del presente estudio sugieren que las mediciones de Air Visual son razonablemente precisas, con (R2=0,959) en comparación con BAM, aunque el sensor Air Visual aún puede verse influido por factores como los cambios en las características de las partículas.

Referencia:

John V. Molenar. Análisis teórico de las mediciones de masa de PM2,5 por. Nefelometría. Especialistas en recursos aéreos, Inc.