Modelagem Numérica da Poluição Fotoquímica Emitida por Fontes Móveis:

Aplicação do Modelo WRF-Chem

Projeto Estruturante em Agroenergia (Biodiesel) do RS – Subprojeto Ambiental (FINEP)

Objetivo do Projeto

Estudar o comportamento das concentrações de ozônio (O3) de superfície na Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA), através de simulações numéricas. Um objetivo adicional é avaliar a introdução do biodiesel no combustível utilizado na RMPA e avaliar o impacto sobre a concentração do O3.

Introdução – Sobre o O3

O ozônio (O3) é um gás incolor cujas moléculas são formadas por três átomos de oxigênio.

O O3 está presente tanto na estratosfera quanto na troposfera em concentrações variadas.

90% → estratosfera (camada de ozônio)

10% → troposfera (baixa atmosfera)

Introdução – Sobre o O3

Na estratosfera, o O3 forma-se como o resultado da dissociação do oxigênio molecular, pela radiação ultravioleta, em dois átomos de oxigênio, os quais reagem com outras moléculas de oxigênio, originando O3.

Introdução – Sobre o O3

Na troposfera, o O3 forma-se como o resultado da emissão de substâncias, entre as quais estão os óxidos de nitrogênio (NOX=NO2+NO) e os compostos orgânicos voláteis (COVs), considerados os principais precursores.

As emissões de NOX e COVs estão associadas aos transportes rodoviários, uso de solventes e atividades industriais.

Introdução – Sobre o O3

A natureza também emite NOX e COVs. Estes resultam, principalmente, da evaporação de matérias orgânicas em decomposição.

Introdução – Sobre o O3

A poluição do ar pelo O3 é resultado de um processo complexo que envolve reações químicas entre NOX, COVs e oxigênio, na presença de luz solar.

Introdução – Sobre o O3

O O3 é considerado um poluente secundário, ou seja, não é emitido diretamente para a atmosfera, ao contrário dos seus precursores (NOX e COVs).

A formação de O3 ocorre preferencialmente nas estações do ano com maior luminosidade e de grande estabilidade atmosférica junto à superfície.

Introdução – Sobre o O3

O3 é um gás tóxico quando os valores de concentração são elevados, com implicações sérias na saúde humana.

Os primeiros sintomas são: tosse, dor de cabeça, náuseas,

dores no peito e falta de ar.

Em concentrações superiores a 360 μg/m3 , durante uma hora, podem ocorrer danos na função pulmonar.

Metodologia – Área de Estudo

Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA)

Num. Municípios: 31

Área: 9825,61 km2

Num. Habit.: 4,06 milhões

Dens. Popul.: 414,7 hab./km2

Temp. Média: 22 oC

Dir. Vento: Sudeste/Nordeste

Metodologia – Área de Estudo

Metodologia – Área de Estudo

Metodologia – Modelagem Numérica

Domínio Grade externa Grade interna  

Modelo WRF-Chem  

Período De 3 a 9 de Janeiro de 2009  

Cond. inic./cont. (met.) FNL resolução 1º x 1º  

Cond. inic./cont. (quim.) MOZART-4 resolução 1º x 1º  

Níveis na vertical 31 camadas 31 camadasPacote químico sim simGrade horizontal (x,y) 130 x 130 125 x 125Espaçamento da grade 20 km 5 kmPasso no tempo 120 s 30 s

Microfísica WSM3-class simple ice scheme

Esquema de advecção 5ª na horizontal/ 3ª na vertical

Radiação de onda longa RRTM

Radiação de onda curta GODDARD

Camada superficial Monin-Obukhov (Janjic Eta)

Modelo de cobertura da superfície NOAH

Camada limite planetária Mellor-Yamada-Janjic TKE

Parametrização de cumulus Grell-Devenyi ensemble scheme

Opção química RADM2

Deposição seca Wesley, 1989

Emissão biogênica Não

Opção de fotólise Madronich, 1987

Opção de aerossol MADE/SORGAM

Metodologia – Modelagem Numérica

Metodologia – Inventário de Fontes

Categoria dos veículos Número de veículos (1000 unidades)

Veículos quatro rodasGasolina

1.078.855

Veículos quatro rodas Álcool

69.422

Motocicletas e motonetas 258.015Caminhões 40.584

Caminhonetes 13.397Camionetas 11.564Micro-ônibus 4.436

Ônibus 9.954TOTAL 1.486.227

Fonte: DETRAN/RS (2009)

Combustível Consumo (Litros)

Gasolina 913.838.962

Álcool 185.907.727

Diesel 736.611.722

TOTAL 1.836.358.411

Fonte: ANP (2009)

Metodologia – Inventário de Fontes

Combustível Emissões macro (ton/ano)

NOxCO HCT MP

Gasolina 5.884 108.756 7.500 702

Álcool 1.094 16.418 2.245 -

Motos 2.396 17.234 627 -

Diesel 18.605 2.474 824 349

Total 27.979 144.883 11.196 1.051

Metodologia – Inventário de Fontes

Metodologia – Localização das Fontes

Metodologia – Interface de Emissão

Metodologia – Interface de Emissão

Resultados – Condição Meteorológica

Resultados – Avaliação Meteorológica

Resultados – Avaliação Meteorológica

Resultados – Avaliação Meteorológica

Resultados – Avaliação Meteorológica

Resultados – Avaliação Meteorológica

Variavel Estação R RMSE (mb)

Pressão FEPAM (Esteio)INMET (P.Alegre)

0,880,86

1,941,16

RMSE (oC)

Temperatura FEPAM (Esteio)INMET (P.Alegre)

0,970,95

2,001,70

RMSE (mb)

Velocidade do vento FEPAM (Esteio)INMET (P.Alegre)

0,390,53

1,841,47

Resultados – Transporte de Poluentes

05/01/2009 – 00 HL 05/01/2009 – 12 HL

Resultados – Transporte de Poluentes

06/01/2009 – 00 HL 06/01/2009 – 12 HL

Resultados – Transporte de Poluentes

07/01/2009 – 00 HL 07/01/2009 – 12 HL

Resultados – Transporte de Poluentes

08/01/2009 – 00 HL 08/01/2009 – 12 HL

Resultados – Concentração de O3

05/01/2009 – 00 HL 05/01/2009 – 15 HL

Resultados – Concentração de O3

06/01/2009 – 00 HL 06/01/2009 – 15 HL

Resultados – Concentração de O3

07/01/2009 – 00 HL 07/01/2009 – 15 HL

Resultados – Concentração de O3

08/01/2009 – 00 HL 08/01/2009 – 15 HL

Resultados – Avaliação da Qualidade do Ar

O3 – Estação Esteio O3 – Estação P. Alegre

Resultados – Avaliação da Qualidade do Ar

Estação R RMSE (µg/m3)

Esteio 0,85 15,25

P. Alegre 0,78 13,99

Resultados – Avaliação da Qualidade do Ar

Média Horária Mensal – Esteio Média Horária Mensal – P. Alegre

Obrigado !