Doutorado: De global ao local: Um estudo multi-escalas de modelagem de qualidade do ar na Região Metropolitana de São Paulo

 

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Não existem limites físicos para a poluição do ar. A poluição do ar é um problema ambiental que começa numa escala local, mas os seus efeitos vão além dos limites das cidades em diferentes escalas do espaço e tempo. As medições nas estações de qualidade do ar e meteorológicas são a principal fonte de informação sobre o estado da atmosfera. Porém, elas possuem limitações na cobertura espacial, na interpretação da informação, e a sua implementação pode ser cara. Os modelos de qualidade do ar, através da solução das equações do movimento e das reações químicas da atmosfera, representam uma forma de investigar a qualidade do ar, fornecendo informação das concentrações de poluentes e as condições meteorológicas com uma alta resolução espacial e temporal. Neste trabalho, diferentes modelos de qualidade do ar e inventários de emissões, em diferentes resoluções espaciais, são utilizados para estudar a qualidade do ar na região metropolitana de São Paulo (RMSP). Produtos do modelo global Community Atmosphere Model with Chemistry (CAM Chem) são usados como condições de contorno químicas para o modelo Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem). Em seguida, o modelo WRF-Chem é usado para simular a qualidade do ar na escala regional e urbana, através de domínios que cobrem a região sudeste do Brasil e a RMSP. Finalmente, o Model of Urban Network of Intersecting Canyons and Highways (MUNICH) é usado para simular ozônio e NO X dentro dos cânions urbanos, considerando como exemplo o distrito de Pinheiros. Dois programas computacionais foram produzidos para aprimorar os estudos de qualidade do ar no estado de São Paulo: qualR, um pacote em R para fazer download e gerar dados prontos para serem analizados da Rede de Estações de Qualidade do Ar da CETESB; e PyChEmiss, um programa em Python para criar os arquivos de emissões para o WRF-Chem a partir de inventários de emissões locais. Os resultados mostraram que o CAM-Chem representou adequadamente as concentrações dos poluentes fora da RMSP. Na RMSP, as concentrações de ozônio e PM 2.5 são bem simuladas, enquanto os poluentes primários são altamente subestimados. O Modelo WRF-Chem apresentou boa concordância entre as simulações e as medições, em especial, a variação diurna do O 3 , NO, NO 2 e CO, principalmente durante o período diurno. No entanto, existe uma superestimativa dos poluentes primários às 6 horas da manha (horário local) produzida pela subestimativa da altura da camada limite e valores mais altos das taxas de emissões dentro do perfil temporal de distribuição de emissão para àquela hora. A aplicação do modelo MUNICH em conjunto com os resultados da simulação com o WRF-Chem na RMSP melhora as simulações de concentração do NO X dentro do cânion urbano, enquanto o O 3 é subestimado. Os resultados exemplificam as capacidades dos modelos para resolver diferentes questões científicas sobre a formação e transporte dos poluentes atmosféricos em diferentes escalas. Esse sistema multi-escala permite a avaliação da qualidade do ar e da eficácia das políticas de controle da poluição do ar, e a realização de estudos de impacto à saúde dos poluentes atmosféricos.