Migratory analysis of PM10 and O3 pollutants between urban and rural areas using functional data: Evidence from Catalonia

Abstract

Este trabajo analiza la relación entre las zonas rurales, urbanas y suburbanas en relación con los niveles de contaminación por PM10 y O3 dentro de de la Comunidad Autónoma de Cataluña (CC), caracterizada por una orografía compleja y una desigual distribución poblacional e industrial distribución de la población y la industria. Para diagnosticar correlaciones significativas entre estas áreas, este artículo utiliza datos funcionales junto con el estadístico tau de Kendall funcional, que reconoce la naturaleza continua de las variables y evita varias hipótesis simplificadoras que imponen otros métodos cuantitativos. Estas características son valiosas en un contexto en el que la variable de interés, la contaminación, presenta un alto grado de dispersión a lo largo del tiempo y de las estaciones. Se han recogido datos de 44 estaciones de monitorización del aire de forma horaria dentro del CC entre los años 2013 y 2020. Según los resultados, los lugares remotos urbanos y rurales remotos mostraron a menudo una alta correlación tanto para el O3 como para las PM10, mientras que algunas zonas adyacentes presentaron bajas correlaciones. Este fenómeno debe atribuirse a los complejos patrones de recirculación dentro del CC, donde las regiones de Reus, Amposta y Constantí (situadas en la provincia de Tarragona) y las llanuras de Vic y Berga (una zona de intensa actividad económica en el norte de la región metropolitana de Barcelona). de intensa actividad económica en el norte del área metropolitana de Barcelona) ejercen una fuerte influencia en la contaminación atmosférica de las zonas rurales. Los vientos regionales. Los flujos de viento regionales y los episodios de polvo sahariano pueden exacerbar estos efectos. Los resultados ofrecen implicaciones para la política medioambiental: Los responsables políticos deberían centrarse en todo el CC a la hora de mitigar la contaminación, no sólo en las ciudades de Barcelona y Tarragona, ya que los lugares rurales se ven perjudicados por las masas de aire contaminado que se generan en las regiones urbanas.

This paper analyzes the relationship between rural, urban, and suburban areas relative to PM10 and O3 pollution levels within the Spanish Autonomous Community of Catalonia (CC), characterized by a complex orography, and unequal population and industrial distribution. To diagnose signifcant correlations between these areas, this article uses functional data in conjunction with functional Kendall’s tau statistic, which acknowledges the continuous nature of the variables and avoids several simplifying hypotheses that are imposed by other quantitative methods. These features are valuable in a context where the variable of interest, pollution, exhibits a large degree of dispersion over time and seasons. Data have been collected from 44 air monitoring stations on an hourly basis within the CC between the years 2013 and 2020. According to the results, remote urban and rural places often displayed a high correlation for both O3 and PM10, while some adjacent areas featured low correlations. This phenomenon should be attributed to complex recirculation patterns within the CC, where the regions of Reus, Amposta, and Constantí (located in Tarragona province) and the Vic and Berga Plains (an area of intense economic activity in the north of the Barcelona Metropolitan Area) exert strong infuences on air pollution at rural sites. Regional wind fows and Saharan dust episodes may exacerbate these efects. The fndings ofer implications for environmental policy: policymakers should focus on the entire CC when mitigating pollution, not just Barcelona and Tarragona cities as rural sites are damaged by polluted air masses generated in urban regions.