AVALIAÇÃO FOTOQUÍMICA DA QUALIDADE DO AR PARA OZÔNIO NA REGIÃO METROPOLITANA DE CAMPINAS

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1 AVALIAÇÃO FOTOQUÍMICA DA QUALIDADE DO AR PARA OZÔNIO NA REGIÃO METROPOLITANA DE CAMPINAS BOIAN, C. 1 ; ANDRADE, M.F. 1 RESUMO O objetivo deste trabalho é determinar os parâmetros químicos, meteorológicos e de emissões que influenciam na qualidade do ar para ozônio na Região Metropolitana de Campinas (RMC). A maior cidade da região é Campinas ( S; O). Esta região tem um importante sistema viário, intensa atividade industrial e um pólo petroquímico. De acordo com os registros de qualidade do ar da CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental), que tem monitorado os níveis de ozônio na RMC, as concentrações de ozônio em Paulínia rotineiramente excedem o padrão de qualidade do ar (80 ppb em uma hora); por exemplo, para os anos de 2003 e 2004 foram 39 e 30 vezes, respectivamente. Neste estudo o modelo fotoquímico foi usado para simular a dinâmica da poluição do ar para ozônio na RMC. A concentração de ozônio na RMC é associada com emissões locais e transporte de ozônio e seus precursores da Região Metropolitana de São Paulo (MASP) que está localizada a 96 km sudeste da região. Resultados preliminares mostram que alguns eventos de níveis altos de ozônio estão associados à direção preferencial dos ventos de direção sul-sudeste. Então, objetivando descrever esta interação entre duas regiões, a MASP, está sendo também considerada nas simulações. ABSTRACT The aim of this work is to determine the chemical, meteorological and emissions parameters that have influence on the air quality for ozone in Campinas Metropolitan Region (RMC). The major city of the region is Campinas ( S; O). This region has an important road system, intense industrial activity and a petrochemical complex. According to the records from CETESB, that is responsible for monitoring ozone levels in CMR, the tropospheric ozone concentrations routinely exceed the standard air quality (80 ppb hourly); for example for the years 2003 and 2004 there were 39 and 30 times, respectively. At this study the CIT model has been used to simulate the air pollution dynamics for ozone in the CMR. According first results the ozone concentration in the CMR is associated to local emissions and the transport of ozone and its precursors from the 1 Universidade de São Paulo IAG USP, São Paulo, SP, Brasil. 2 Cidade Universitária, Rua do Matão, 1226, cep: , tel. (11) boian@model.iag.usp.br ; mftandra@model.iag.usp.br

2 Metropolitan Area of São Paulo that is located 96 km southeast of this region. Some events of high ozone levels are associated to the prevailing wind from south-southeast direction. Then, in order to describe this interaction between both regions, the Metropolitan Area of São Paulo, MASP, is also being considered in the simulations. Palavras-Chave: ozônio; modelagem atmosférica; poluição atmosférica. 1. INTRODUÇÃO A poluição urbana tem sido um tema extensivamente pesquisado nas últimas décadas e caracteriza-se como um fator de grande importância na busca da preservação do meio ambiente e na implantação de um desenvolvimento sustentável, pois seus efeitos afetam de diversas formas à saúde humana, os ecossistemas e os materiais. A modelagem da poluição do ar em escala urbana consiste na descrição da formação e transporte das espécies químicas reativas na camada limite planetária. Os modelos fotoquímicos de qualidade do ar vêm sendo utilizados há mais de 30 anos em todo o mundo na investigação científica de como os poluentes evoluem na atmosfera, assim como no desenvolvimento de políticas de controle de qualidade do ar. O modelo CIT foi desenvolvido no Califórnia Institute of Techonology (CALTECH) e Carnegie Mellon University, e baseia-se na solução numérica da equação de difusão atmosférica. Em um dos primeiros trabalhos como o CIT, Harley et al. (1993) aplicaram esse modelo para a região de Los Angeles (Califórnia, EUA) para o estudo dos processos fotoquímicos na região, durante o período de 27 a 29 de agosto de No Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto Astronômico, Geofísico e de Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP), o modelo CIT foi aplicado no estudo da qualidade do ar da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) e Baixado Santista em diversos trabalhos, como por exemplo, em Andrade et al. (2004). Neste trabalho objetivamos estudar os fatores químicos, meteorológicos e de emissões, que influenciam a qualidade do ar na RMC em especial com relação à formação de ozônio. 2. JUSTIFICATIVA A motivação para a realização deste trabalho vem dos resultados preliminares obtidos pela CETESB, no monitoramento de ozônio realizado durante os onze primeiros meses de 2003, em Americana (40 km distante de Campinas), que classificou para o período o ar desta cidade como sendo o segundo mais poluído por ozônio do interior do Estado de São Paulo. De acordo com os dados de medidas realizadas pela CETESB a direção preferencial dos ventos na RMC de Campinas é sudeste. No monitoramento realizado em Americana foram

3 observados picos de ozônio após às 16h, sendo um indicativo de que esse poluente ou seus precursores tenham sido formado em outra região e transportado posteriormente para a cidade. Assim estimamos que a concentração de ozônio na RMC está associada tanto com emissões locais como com o transporte de ozônio e seus precursores da Região Metropolitana de São Paulo (MASP) que está localizada a 96 km sudeste da região. 3. DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO A RMC com uma área de km 2 e 2,3 milhões de habitantes é composta por 19 municípios e dista 96km da RMSP. A Região conta com um grande sistema viário, tendo como eixos principais as rodovias Anhanguera e Bandeirantes. Nesta região destacam-se a cidade de Campinas e o município de Paulínia. Campinas, a maior cidade da RMC, conta atualmente, com uma frota de veículos que é responsável por uma parte significativa da poluição atmosférica, e Paulínia pela presença de um grande parque industrial e do pólo petroquímico. Do ponto de vista climatológico o município de Campinas apresenta temperatura média entre 18 e 22 0 C nos meses de maio a setembro e entre 22 e 24 0 C nos meses de outubro a abril. A precipitação média anual é de mm, sendo que cerca de 80% ocorre no período de outubro a março. Os ventos predominantes são do quadrante este a sul. Assim como na RMSP, durante o período seco, a umidade relativa chega a atingir valores de 15%, principalmente no mês de setembro. 4. MODELO FOTOQUÍMICO DE DISPERSÃO DOS POLUENTES CIT O modelo CIT baseia-se na solução numérica da equação de difusão. Os parâmetros de entrada meteorológicos e de qualidade do ar são obtidos dos dados de medidas de superfície da CETESB e de simulações com o Sistema de Modelagem Atmosférica Regional RAMS; o inventário oficial de emissões para CO, NOx, SO 2 e hidrocarbonetos totais são obtidos dos dados da CETESB. A especiação dos hidrocarbonetos baseia-se em medidas no ambiente e em túneis e são agrupadas de acordo com a classificação do mecanismo químico SAPRC (Martins et al., 2006). 5. RESULTADOS PRELIMINARES As primeiras simulações com o modelo fotoquímico CIT correspondem ao período de 30/09 a 05/10/2003. Neste período foram registradas em Paulínia, pela CETESB, várias ultrapassagens do padrão de ozônio (80 ppb em uma hora). De acordo com os dados meteorológicos da CETESB as condições atmosféricas estavam favoráveis para a formação do ozônio (ausência de chuva, temperaturas elevadas) e a direção preferencial dos ventos era de sudeste (Fig. 1).

4 100 PAULÍNIA -SP 30/09 A 05/10/2003 NÚMERO DE EVENTOS DIREÇÃODO VENTO (graus) Fig. 1 Histograma da direção dos ventos (em graus) para Paulínia no período de 30/09 a 05/10/2003, mostrando que a direção predominante dos ventos está entre (direção sudeste). Com o objetivo de analisar as interações entre a RMC e a RMSP a grade do modelo foi ajustada para englobar as duas regiões. A área está sendo simulada a partir de 24 o S 48,1 o O, cobrindo uma área de 300km leste-oeste e 150 km sul-norte. Comparações entre as concentrações de ozônio medidas e simuladas em Paulínia (RMC) A Fig. 2 mostra a variação temporal das concentrações de ozônio no período simulado. Existe uma boa concordância entre as concentrações medidas e simuladas, tanto em valores de concentração quanto à fase de ocorrência dos picos, em especial após o primeiro dia de simulação, demonstrando a validade do modelo. As maiores concentrações de ozônio são observadas no dia 03/10. PAULÍNIA - 30/09 A 05/10/2003 O3 (ppb) HORA (h) O3 med O3 sim Fig. 2 Comparação entre as concentrações horárias do ozônio medido e simulado em Paulínia no período de 30/09 a 05/10/2003. Comparações entre as concentrações de ozônio medidas e simuladas em Paulínia (RMC) Para representar a RMSP utilizamos a estação Ibirapuera como referência, pois de acordo com estudos estatísticos realizados anteriormente pelo grupo, esta estação de medidas da CETESB é a que apresenta melhor correlação com as demais.

5 Resultados similares aos de Paulínia foram obtidos, para o Ibirapuera, quando da comparação da variação temporal das concentrações de ozônio medidas e simuladas (Fig. 3). Também no Ibirapuera as concentrações máximas de ozônio ocorreram no dia 03/10. IBIRAPUERA 30/09 A 05/10/2003 O3 (ppb) HORA (h) IBIR med IBIR sim Fig. 3 Comparação entre as concentrações horárias do ozônio medido e simulado em Paulínia no período de 30/09 a 05/10/2003. Campos horizontais de ozônio obtidos com o modelo CIT As figuras 4a e 4b mostram a posição da pluma de ozônio no dia 03/10, próximas à superfície, para às 14h e 16h. Neste dia foram medidas pela CETESB, concentrações elevadas de ozônio tanto em estações da RMC quanto na RMSP. A direção preferencial dos ventos é de sudeste, favorecendo o transporte de poluentes nesta direção. Assim, podemos inferir que além das emissões locais a RMC está sob a influência do transporte de ozônio e seus precursores provenientes da MASP. Fig. 4 - (a) Simulação de O3 (ppb), próximo à superfície com o modelo CIT, para o dia 03/10 (14h); (b) Simulação de O3 (ppb), próximo à superfície com o modelo CIT, para o dia 03/10 (16h).

6 6. CONCLUSÕES Este trabalho tem por objetivo determinar os parâmetros químicos, meteorológicos e de emissões que influenciam na qualidade do ar para ozônio na RMC. Resultados preliminares obtidos em seis dias de simulação mostram a correlação entre altas concentrações de ozônio na RMC e direção preferencial dos ventos de sudeste, sugerindo que a concentração de ozônio na RMC está associada tanto com as emissões locais quanto com o transporte de ozônio e seus precursores da Região Metropolitana de São Paulo (MASP) que está localizada a 96 km sudeste da região. Esses resultados estão sendo verificados com a aplicação de um modelo de qualidade do ar, para a descrição da importância do transporte e da química atmosférica. Na próxima etapa o estudo irá concentrar-se na quantificação da participação das fontes oriundas da MASP para a qualidade do ar da RMC. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Andrade, M.F., Ynoue, R.Y., Harley, R., Miguel, A.H. (2004). Air-Quality Model Simulating Photochemical Formation of Pollutants: the São Paulo Metropolitan Area, Brazil. International Journal of Environment and Pollution, 22, no 4, Harley R. A., Russel, A. G., McRae, G. J., Cass, G. R. e Seinfeld, J. H. (1993). Photochemical Modeling of the Southern California Air Quality Study, Environ. Sci. Techol., 27, Martins L.D., Andrade M.F., Freitas E.D., Pretto A., Gatti L.V., Albuquerque E.L., Tomaz E., Guardani M.L., Martins M.H.R., Junior O. M.A. (2006) Emission Factors for Gas-Powered Vehicles Traveling through Road Tunnels in São Paulo, Brazil. Aceito para publicação Environmental Science and Technology. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o suporte financeiro concedido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FAPESP para a execução desta pesquisa.