The densest network for measuring air pollutant concentrations in Colombia is in Medellin, where most sensors are located in the heavily polluted lower parts of the valley. Measuring stations in the higher elevations on the mountains surrounding the valley are not available, which limits our understanding of the valley’s pollutant dynamics and hinders the effectiveness of data assimilation studies using chemical transport models such as LOTOS-EUROS. To address this gap in measurements, we have designed a new network of low-cost sensors to be installed at altitudes above 2000 m.a.s.l. The network consists of custom-built, solar-powered, and remotely connected sensors. Locations were strategically selected using the LOTOS-EUROS model driven by diverse meteorology-simulated fields to explore the effects of the valley wind representation on the transport of pollutants. The sensors transmit collected data to internet gateways for posterior analysis. Various tests to verify the critical characteristics of the equipment, such as long-range transmission modeling and experiments with an R score of 0.96 for the best propagation model, energy power system autonomy, and sensor calibration procedures, besides case exposure to dust and water experiments, to ensure IP certifications. An inter-calibration procedure was performed to characterize the sensors against reference sensors and describe the observation error to provide acceptable ranges for the data assimilation algorithm (<10% nominal). The design, installation, testing, and implementation of this air quality network, oriented towards data assimilation over the Aburrá Valley, constitute an initial experience for the simulation capabilities toward the system’s operative capabilities. Our solution approach adds value by removing the disadvantages of low-cost devices and offers a viable solution from a developing country’s perspective, employing hardware explicitly designed for the situation.

La denominada misión HIPAE (Helicopter-borne In-situ Pollution Assessment Experiment) desarrolló una prueba de concepto dentro de una aeronave de la Fuerza Aérea Colombiana, sobrevolando el Valle de Aburrá para transportar dos tipos de contadores de partículas PM2.5 y PM10, así como dos versiones de las plataformas en desarrollo llamadas Simple para medir variables meteorológicas (humedad relativa, presión barométrica, temperatura), altitud, geo-posición y ocho tipos de gases CO2, H2, NO2, NH3, C2H6OH, CH4, C4H10, C3H8. Adicionalmente, un experimento con nano filtros demostró su capacidad para capturar material particulado, el cual fue analizado mediante microscopía electrónica de barrido combinada con espectroscopía de rayos-X (EDX). Los resultados de EDX arrojaron información valiosa sobre la morfología y química a nivel de partícula en la atmósfera urbana por encima de la altura de las estaciones de medición tradicionales. Fué posible visualizar en los datos altas concentraciones de compuestos de aerosol y gases como CO, NO2 y CH4, cuyos valores fueron menores en áreas rurales y forestales en comparación con áreas urbanas según lo esperado. La plataforma Simple mostró un comportamiento adecuado manteniéndose dentro de sus niveles de incertidumbre, indicando la utilidad de los datos adquiridos como primer paso a siguiente ejercicio para ser utilizadas en aeronaves comerciales o militares con el objetivo de suministrar constantemente, a los modelos meteorológicos y químicos de transporte, información in-situ para actividades de asimilación de datos basadas en ensamble, tanto secuencial (EnKF) como variacionalmente (4DenVar), como en actividades de fusión de datos para la toma de decisiones.