MODELAGEM NUMÉRICA DOS PROCESSOS DE REMOÇÃO ÚMIDA DE MODELAGEM NUMÉRICA DOS PROCESSOS DE REMOÇÃO ÚMIDA DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS PARA A REGIÃO AMAZÔNICA POLUENTES ATMOSFÉRICOS PARA A REGIÃO AMAZÔNICA

(RONDÔNIA) DURANTE A CAMPANHA LBA/DRY/SMOCC(RONDÔNIA) DURANTE A CAMPANHA LBA/DRY/SMOCC

    

Mariana PalaganoMariana PalaganoFabio Luiz Teixeira GonçalvesFabio Luiz Teixeira Gonçalves

  

   Universidade de São PauloInstituto de Astronomia, Geofísica e Ciências AtmosféricasDepartamento de Ciências AtmosféricasPós-Graduação em Meteorologia

Julho, 2005

SUMÁRIOSUMÁRIO

Introdução

Objetivo

Processos de Remoção úmida de gases e MP

Metodologia

Resultados

Conclusões

1 – INTRODUÇÃO1 – INTRODUÇÃO

• Os mecanismos de remoção de poluentes na atmosfera (MP e gases): deposição seca e úmida.

• Deposição seca: Transferência de substâncias do ar para a superfície da Terra (depende de fatores como características atmosféricas, características físicas e químicas da superfície e características dos contaminantes) (Seinfeld & Pandis, 1998)

• Deposição úmida: Refere-se ao processo natural em que gases e MP são removidos da atmosfera por hidrometeoros. Este processo pode ser dividido, segundo Engelmann (1968) em:

Dentro da nuvem (in-cloud scavenging ou rainout)Abaixo da nuvem (below-cloud scavenging ou washout)

Estudar os processos de remoção úmida de poluentes atmosféricos através de modelagem numérica.

Comparar os resultados de análise de composição química de água de chuva obtidos durante a campanha do experimento LBA/Dry/AMC/SMOCC com os simulados pelos modelos de remoção.

Avaliar a capacidade dos modelos utilizados de representar a física dos processos de remoção úmida na atmosfera.

2 – OBJETIVO2 – OBJETIVO

3 – PROCESSOS DE REMOÇÃO ÚMIDA DE GASES E MP3 – PROCESSOS DE REMOÇÃO ÚMIDA DE GASES E MP

4 – METODOLOGIA4 – METODOLOGIA

A metodologia empregada neste estudo será subdivida nos seguintes itens:

• Modelagem numérica dos processos de remoção dentro da nuvem com auxílio do modelo RAMS;

• Modelagem numérica dos processos de remoção abaixo da nuvem utilizando o modelo B. V. 2 (Gonçalves, 1997);

• Estudo de ambos processos integrados.

Modelagem numérica dos processos de remoção dentro da nuvem com auxílio do modelo RAMS

À partir de dados meteorológicos, pode-se simular o evento de precipitação, gerando assim:

Perfis verticais de conteúdo de água líquida de nuvem e de chuva Espectro de gotículas Variáveis termodinâmicas médias na camada entre a base e o topo da nuvem e entre a superfície e a base da nuvem

Concentrações iniciais em cada camada da nuvem. (Stull, 1988)

eeF CC 0 Para abaixo da base da nuvem

(camada de mistura)

)exp(0P

eeF H

ZCC Para acima da base da nuvem

4 – METODOLOGIA4 – METODOLOGIA

A metodologia empregada neste estudo será subdivida nos seguintes itens:

• Modelagem numérica dos processos de remoção dentro da nuvem com auxílio do modelo RAMS;

• Modelagem numérica dos processos de remoção abaixo da nuvem utilizando o modelo B. V. 2 (Gonçalves, 1997);

• Estudo de ambos processos integrados.

Modelagem numérica dos processos de remoção abaixo da nuvem

O modelo de remoção de poluentes abaixo da nuvem B.V.2 é baseado no equacionamento proposto em Seinfeld & Pandis (1998) e em Pruppacher & Klett (1997). Fornece o cálculo das concentrações de espécies químicas no ar e na água de chuva, durante e após a remoção dos poluentes atmosféricos pelas gotas de chuva.

• Concentrações inicias dos gases e do MP (g/m3), • Taxa de precipitação (mm/h), • Duração de cada evento (minutos), • Altura da base da nuvem (m),• Temperatura (ºC) e umidade relativa (%) médias entre a sup. e a base da nuvem

Dados de entrada do modelo:

Dados de saída do modelo:

• Quantidades de gás e de particulado removidos (g/m3) presentes na água de chuva. • Concentrações finais em mg/litro de água de chuva. somado aos obtidos na remoção dentro da nuvem

4 – METODOLOGIA4 – METODOLOGIA

A metodologia empregada neste estudo será subdivida nos seguintes itens:

• Modelagem numérica dos processos de remoção dentro da nuvem com auxílio do modelo RAMS;

• Modelagem numérica dos processos de remoção abaixo da nuvem utilizando o modelo B. V. 2 (Gonçalves, 1997);

• Estudo de ambos processos integrados.

Integração da remoção dentro com a remoção abaixo da nuvem

Quantidade de poluentes transferida para a água (μg/m3)

)exp(1)( ,0, tCtC igas

igas

igasw

)exp(1)( ,0, tCtC ipart

ipart

ipartw

Integrando as equações na vertical, obtemos a quantidade total de poluentes removida da nuvem

Resultado obtido para a remoção abaixo da nuvemobtido através do B. V. 2

+

Dados utilizadosDados utilizados

Análise de composição química de água de chuva

Concentração de SO42- e SO2 na atmosfera

Imagens de radar

Imagens de satélite

Dados de conteúdo de água líquida e espectro de gotas coletados durante os vôos do experimento

Dados coletados durante a campanha do LBA/Dry/AMC/SMOCC realizada de setembro a novembro 2002 no Estado de Rondônia para o sítio experimental de Fazenda Nossa Senhora (Lat: 10,75ºS e Lon: 62,37ºW)

• sulfato • dióxido de enxofre

Os poluentes estudados serão os seguintes:

Eventos e poluentes estudadosEventos e poluentes estudados

• 10/10/2002 a 11/10/2002

Evento de precipitação selecionado em Rondônia:

Queima de biomassa, queima combustíveis fósseis e atividades industriais

Evento de 10 de outubro de 2002Evento de 10 de outubro de 2002

Tabela I: Análise da composição química de água de chuva para o período do evento em FNS - RO

RegistrosDia

inicialHora

inicialDiafinal

Horafinal

Quantidade de precipitação

no período (mm)

SO42-

µg/L

RON-SMOCC 10 10/10/02 18:06 10/10/02 18:19 0,39 1689,1

RON-SMOCC 11 10/10/02 18:20 11/10/02 12:00 0,49 769,0

Gás / Aerossol Dia e hora da observaçãoSO4

2-

(g/m3)SO2

(g/m3)

g 10/10/2002 05:20:00 PM - 0,027

p 10/10/2002 06:00:00 PM 0,446 -

Tabela II. Concentrações de gases e MP durante a campanha LBA/Dry/AMC/SMOCC no sítio experimental de FNS

Evento de 10 de outubro de 2002Evento de 10 de outubro de 2002

Imagem de satélite para dia 10/10/02 às 17:45h UTC Imagem de satélite para dia 10/10/02 às 20:00h UTC

Evento de 10 de outubro de 2002Evento de 10 de outubro de 2002

Definição das grades:

  Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4

Número de pontos de grade (x, y, z) 62,62,45 62,62,45 62,62,45 122,122,45

Espaçamento horizontal da grade (x=y) 64 16 4 1

Passo de tempo 120 30 7,5 1,875

Horário de início da simulação 00h UTC de 10 de outubro de 2002

Horário final da Simulação 12h UTC de 11 de outubro de 2002

Resolução vertical da primeira camada 100m

Incremento na vertical 1,2

Máximo valor dez 500m

Dados de entrada:

  Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade4

Campos de variáveis atmosféricas Reanálises do NCEP

Parametrizações Físicas:

  Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4

Convecção Grell (1993)    

Radiação Chen & Cotton (1983)

Difusão turbulenta Mellor & Yamada (1982)

Microfísica Ativada com parâmetro de forma 5, Walko et al (1995)

Evento de 10 de outubro de 2002Evento de 10 de outubro de 2002

5 - RESULTADOS5 - RESULTADOS

Aspecto fragmentado do evento e células mais intensas em locais aproximados ao radar(próximo ao horário de início do evento)

5 - RESULTADOS5 - RESULTADOS

1800m

3,6g/kg

5 - RESULTADOS5 - RESULTADOS

Perfis verticais: observado durante os vôos do experimento LBA (dias 9) e modelados (dias 9 e 10)

Boa representação da estrutura vertical das nuvens da região

Máx. mod.: 2,5 * 10-6 g/cm3

Máx. obs.: 2,0 * 10-6 g/cm3

Bases:entre 1500m e 1800m

5 - RESULTADOS5 - RESULTADOS

Tabela VI. Síntese dos resultados obtidos para a remoção do sulfato.

B. V. 2(abaixo da nuvem)

(g/L)

B. V. 2(dentro da nuvem)

(g/L)

Totais(µg/L)

Chuva modelada (0,023mm)g4 504,14 1630,77 2134,9

Chuva modelada (23,5mm)g3 0,566 16,37 16,93

Chuva observada (0,39mm) 30,78 986,81 1017,59

Quantidade Observada (0,39mm) 1689,1

Maior contribuição da remoção dentro da nuvem!!

Necessidade de melhora de algumas parametrizações no modelo B. V. 2

6 - CONCLUSÕES6 - CONCLUSÕES

• Embora o modelo apresente uma pequena defasagem espacial dos núcleos de precipitação e nuvem em relação ao radar, há uma boa representação da estrutura vertical das nuvens amazônicas.

• Boa representação dos processos de remoção de poluentes na atmosfera através do decaimento temporal exponencial e dos coeficientes de remoção. (necessidade de representações mais realísticas)

• Sensibilidade dos coeficientes de remoção a condições atmosféricas

•Importância de uma boa representação do espectro de gotas de chuva e gotículas de nuvem nos modelos de remoção de poluentes atmosféricos

MODELAGEM NUMÉRICA DOS PROCESSOS DE REMOÇÃO ÚMIDA DE MODELAGEM NUMÉRICA DOS PROCESSOS DE REMOÇÃO ÚMIDA DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS PARA A REGIÃO AMAZÔNICA POLUENTES ATMOSFÉRICOS PARA A REGIÃO AMAZÔNICA

(RONDÔNIA) DURANTE A CAMPANHA LBA/DRY/SMOCC(RONDÔNIA) DURANTE A CAMPANHA LBA/DRY/SMOCC

    

Mariana PalaganoMariana PalaganoFabio Luiz Teixeira GonçalvesFabio Luiz Teixeira Gonçalves

  

   Universidade de São PauloInstituto de Astronomia, Geofísica e Ciências AtmosféricasDepartamento de Ciências AtmosféricasPós-Graduação em Meteorologia

Julho, 2005