Teaching Atmospheric Chemistry through Interactive Computational Modeling: An Innovative Approach with JupyterHub, JupyterLab, and BOXMOX

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José Agustín García Reynoso
Verónica Itzael Mejía López
Oscar Augusto Peralta Rosales
Pedro Damián Cruz Santiago
Faviola Altuzar Villatoro

Abstract

This article presents an innovative methodology for teaching atmospheric chemistry at the undergraduate level through interactive computational modeling. Using tools such as JupyterHub/JupyterLab, BOXMOX, and AWK/Python scripts, students simulate urban emission scenarios and meteorological variations to analyze tropospheric ozone formation, the role of nitrogen oxides (NOx), and their interaction with volatile organic compounds (VOCs). The exercises consider changes in both emissions and meteorological conditions to assess ozone sensitivity to these factors. Students apply computational tools and present simulation results, fostering group discussions that reinforce theoretical knowledge. The methodology demonstrates that accessible computational tools promote active learning, develop computational thinking, address real-world problems such as urban pollution, and facilitate self-assessment and collaborative analysis. Implemented in the Bachelor’s program in Earth Sciences, this approach prepares students to tackle environmental challenges with scientific rigor and modern technologies.

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Author Biographies

José Agustín García Reynoso, Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático, Universidad Nacional Autónoma de México

Es Ingeniero Químico por la Facultad de Química de la UNAM, con Maestría en Ingeniería Ambiental por la Facultad de Ingeniería (División de Estudios de Posgrado) de la misma institución, y Doctorado en Ciencias por el Posgrado en Ciencias de la Tierra de la UNAM. En el ámbito docente, imparte la asignatura Evaluación del Riesgo Ambiental a nivel maestría y doctorado en el Programa de Posgrado en Ciencias de la Tierra de la UNAM.

Verónica Itzael Mejía López, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Unidad Zacatenco, Instituto Politécnico Nacional

I have a degree in Hydrobiology specializing in environmental sustainability, innovation in environmental technology, and air pollution. My work focuses on the development of technologies for pollution mitigation and the optimization of sustainable processes. I have participated in interdisciplinary projects on environmental management, renewable energy, and biotechnology applied to the treatment and decontamination of water bodies.

Oscar Augusto Peralta Rosales, Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático, Universidad Nacional Autónoma de México

Cuenta con la Licenciatura en Ingeniería Química por la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México; la Maestría y el Doctorado en Ciencias de la Atmósfera por el Posgrado en Ciencias de la Tierra de la misma universidad; así como un posdoctorado en el Centro Mario Molina para Estudios Estratégicos sobre Energía y Medio Ambiente, A.C.

Sus principales intereses se centran en el estudio de la evolución de los aerosoles mediante mediciones de propiedades físicas y químicas, así como en estudios teóricos apoyados en datos satelitales. También trabaja en la evaluación del impacto de los aerosoles en el ambiente a partir del análisis de sus propiedades ópticas, composición química, gases y aerosoles biogénicos, además de modelos de conversión gas-partícula. Asimismo, investiga los mecanismos de distribución de contaminantes atmosféricos y su comportamiento dentro del sistema climático, particularmente en lo relacionado con la radiación.

En el Posgrado en Ciencias de la Tierra de la UNAM ha impartido los cursos Química de la atmósfera (2013 a la fecha) y Partículas atmosféricas (2015 a la fecha).

Pedro Damián Cruz Santiago, Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático, Universidad Nacional Autónoma de México

Academic Background:

Bachelor's degree in Computer Science from the Autonomous Metropolitan University.
Research Project: Design of an algorithm for the study of monocrystalline and polycrystalline surfaces. Advisor: Dr. Nikola Batina. Description: The objective of the research project was to implement, in C programming language, an algorithm for simulating cuts in a BCC or FCC crystal configuration.

Research Lines:

  • Parallel computing architectures.
  • Distributed file systems.
  • Containers in HPC environments.
  • Optimization of scientific applications.

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