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 – 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
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 – 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