XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 DIAGNÓSTICO CLIMATOLÓGICO DO CAMPO DO VENTO NA BACIA AÉREA III DA REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO Jorge Luiz Fernandes de Oliveira Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia / COPPE / UFRJ (jolufo@starmedia.com) Isimar de Azevedo Santos Departamento de Meteorologia / UFRJ (isimar@acd.ufrj.br) Luiz Landau Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia / COPPE / UFRJ (landau@lamce.ufrj.br) ABSTRACT This work had for objective to carry through a diagnostic study of the field of the wind in aerial basin III of the metropolitan region of Rio de Janeiro, from the climatological point of view. This study allows an evaluation of the potentialities of dispersion of atmospheric pollutants in this basin, with great population density and characterized by great concentration of industrials and highways. Simulations had been made using the model RAMS. The results had shown the importance of the process land-sea in the control of pollutants dispersion. 1 - INTRODUÇÃO A poluição do ar não é um problema típico da sociedade moderna. Entretanto, a sociedade contemporânea, principalmente no século passado, constatou vários episódios críticos de poluição do ar, inclusive com milhares de mortes, obrigando as autoridades a encararem o problema com mais seriedade. A poluição do ar é um problema de difícil solução e, que envolve o conhecimento de inúmeros fatores para o seu controle. Os fatores geográficos e meteorológicos favorecem certos processos químicos, que ocorrem na atmosfera. O crescimento industrial e urbano sem o devido planejamento, ou seja, sem levar em consideração os fatores geográficos e as condições climáticas locais, comprometem a qualidade do ar inclusive em áreas afastadas de fontes poluidoras. Basicamente, a qualidade do ar em termos dos padrões da legislação, de uma cidade ou região, está diretamente relacionada as fontes poluidoras e aos fatores responsáveis pelo comportamento de poluentes. Uma das grandes dificuldades em relacionar a qualidade do ar com as fontes poluidoras, em áreas ecologicamente sensíveis, refere-se a contabilização da influência dos fatores geográficos, meteorológicos e dos processos químicos responsáveis pela transformação e remoção de espécies químicas da atmosfera. Os fatores geográficos associados aos meteorológicos influenciam a diluição e dispersão de poluentes. As transformações e os processos químicos de remoção de espécies, por sua vez, dependem do estado da atmosfera e dos poluentes emitidos na área. A Região Metropolitana da Cidade do Rio de Janeiro (RMRJ) é o segundo pólo econômico do país, com elevado grau de urbanização e industrialização. Congregando 19 municípios, esta região tem uma população de 11 milhões de habitantes, ocupando uma área de aproximadamente, km 2. Com uma densidade demográfica de aproximadamente, 1700 habitantes por km 2, a região é responsável pela geração de cerca de 80% da renda interna do Estado e de 13% da renda nacional. Segundo a FEEMA (1995) nesta região encontra-se a segunda maior concentração de pessoas, de veículos, indústrias e fontes emissoras de poluentes do país. Com um elevado número de indústrias, duas refinarias de petróleo, queima de lixo e emissões veiculares, que geram quantidades consideráveis de poluentes, a região apresenta condições fisiográficas e climáticas favoráveis à concentração de poluentes. A qualidade do ar da região é agravada pela presença dos maciços da Tijuca, Pedra Branca e Gericinó, que delimitam áreas de baixada, entremeadas de pequenas serras e morros isolados, ocupação irregular do solo, presença do mar e da Baía de Guanabara, ocorrência de fortes inversões térmica, alta freqüência de calmaria e as características do clima tropical. No período de maio a setembro, devido à atuação de sistemas de altas pressões 2010

2 que dominam a região, ocorrem com freqüência situações de estagnação atmosférica e elevados índices de poluição (FEEMA, 1995). Com o objetivo de conhecer o comportamento do campo de vento na bacia aérea III da região metropolitana do Rio de Janeiro, simulou-se o escoamento nesta região utilizando o modelo RAMS, com duas grades aninhadas, alimentado com dados de reanálises do NCEP. 2 - BACIA AÉREA III Com uma área de aproximadamente 700 km 2 a bacia aérea III (figura 1) engloba uma parte dos municípios de Belford Roxo, Japerí, Queimados, Nova Iguaçu, Nilópolis, São João de Meriti, Duque de Caxias; os distritos de Guia Pacoaíba, Inhomirim e Suruí, no município de Magé, os distritos de Olinda e Mesquita e as regiões administrativas Portuária, Centro, Rio Comprido, Botafogo, São Cristóvão, Tijuca, Maracanã, Vila Isabel, Bonsucesso, Ramos, Penha, Méier, Engenho Novo, Irajá, Coelho Neto, Madureira, Bangu, Ilha do Governador, Anchieta e Santa Tereza, no município do Rio de janeiro. Essa área da RMRJ, densamente habitada, é crítica em relação aos níveis de poluição do ar. Estudos preliminares mostraram que mais de mil casos anuais de mortalidade prematura, relacionados a problemas de saúde, podem ser atribuídos à poluição de material particulado associado ao dióxido de enxofre, nessa bacia (FEEMA, 1995). Figura 1 Bacia aérea III em amarelo (Fonte: FEEMA, 1999). As indústrias e o sistema de transporte rodoviário da área emitem gases e partículas que além de comprometerem a saúde da população contribuem para a chuva ácida e a formação de gases que comprometem o equilíbrio térmico do planeta. Embora a dispersão de poluentes dependa de processos naturais de mistura, em diversas escalas do movimento, espacial e temporal, o potencial de dispersão e de transformação química de uma bacia aérea pode ser estimado e prognosticado por meio de modelos de qualidade do ar e de informações meteorológicas da CLP. 3 - POLUENTES ENCONTRADOS NA BACIA AÉREA III No período referente aos meses de abril a outubro de 1998, a FEEMA realizou uma campanha de monitoramento da qualidade do ar na bacia aérea III, encontrando os poluentes listados abaixo de forma resumida: Material particulado emitido pela movimentação de veículos em vias não pavimentadas; Partículas inaláveis relativas ao tráfego e indústria; Cloretos e suas frações presentes no material particulado de origem predominantemente marinha; Cloretos emitidos pelas indústrias químicas e metalúrgicas de ferrosos e não ferrosos; Aerossóis de óxidos de nitrogênio gasosos convertidos em partículas; Sulfatos são exemplos de reações químicas de oxidação de SO 2, que podem se transformar em partículas; 2011

3 Benzopireno são componentes de aerossóis orgânicos emitidos pela combustão industrial e pelo escapamento de veículos a óleo diesel. Os metais encontrados nos dois tipos de material particulado analisados foram: vanádio, chumbo, cobre, ferro, manganês, zinco, cádmio, cromo e níquel. Os únicos metais que apresentaram valores de concentrações representativos em relação ao material particulado analisado foram: o ferro e o zinco, correspondendo a mais de 90% do total dos metais determinados. O zinco apresentou maior percentual nas amostras de partículas totais em suspensão e o ferro nas partículas inaláveis. As fontes móveis constituem uma das principais fontes de poluição do ar na bacia aérea III juntamente com as industriais, queima de lixo, transporte e estocagem de combustíveis. A tecnologia e o estado de manutenção de veículos exercem influência decisiva na massa de partículas emitidas pelo motor Diesel, da mesma maneira que as características do óleo diesel, quantidade de frações pesadas e o teor de enxofre. O craqueamento catalítico, processo de produção da gasolina brasileira, por sua vez, produz olefinas, que são sujeitas a passar por conversão metabólica parcial, convertendo-se a epóxis genotóxicas, contribuindo também para a formação de ozônio troposférico. O elevado número de veículos que circulam nessa região, além de produzir olefinas e elevadas concentrações de ozônio troposférico, contribui para as reações de SO 2 em fase gasosa, produzindo quantidades significativas de H 2 SO MATERIAL E MÉTODO No presente estudo utilizou-se o modelo RAMS versão 3b com duas grades aninhadas. A grade grossa com 67 pontos nas direções x e y e um espaçamento de 10 km cobriu o domínio da RMRJ. A grade fina, com 42 pontos na direção x e 50 pontos na direção y e um espaçamento de 2,5 km, cobriu a bacia aérea III. Na integração do modelo utilizou-se a relaxação newtoniana como uma forma alternativa de inicialização dinâmica dos dados de reanálises do NCEP para médias climatológicas dos meses de janeiro e julho. Esta técnica permite que o modelo alcance o ajuste desejado após algumas horas de integração (Santos, 1998). 5 - ANÁLISE DAS SIMULAÇÕES Embora a topografia influencie a velocidade e direção dos ventos na RMRJ, verifica-se nas figuras 1a, 1b, 2a e 2b, que o mecanismo de brisa é predominante tanto no mês de janeiro como no mês de julho. Esse mecanismo é responsável pelo transporte e remoção de poluentes para áreas distantes. Figura 1a: Escoamento a 48 m do solo para um janeiro climatológico, às 9 horas (horário local). 2012

4 Figura 1b: Escoamento a 48 m do solo para um janeiro climatológico, às 15 horas (horário local). Figura 2a: Escoamento a 48 m do solo para um julho climatológico às 9 horas local (horário local). Figura 2b: Escoamento a 48 m do solo para um julho climatológico às 15 horas local (horário local). 2013

5 A brisa terrestre matinal (figuras 1a e 2a) apresenta-se como um mecanismo de limpeza da área, transportando os poluentes em direção ao oceano. A brisa marinha vespertina (figuras 1b e 2b) por sua vez tem sua ação limitada pela serra dos Órgãos a norte e os três maciços próximos ao litoral. Por ter sua ação restrita aos horários de maior atividade econômica a brisa marinha é sem dúvida o principal mecanismo natural de transporte de poluentes para as áreas mais carentes e densamente povoadas da bacia aérea III. Nas figuras 1 e 2 verifica-se ainda que a baía de Guanabara canaliza o escoamento na área, facilitando o transporte de poluentes. Como resultado dos efeitos da fricção da superfície no campo de escoamento, verifica-se nas figuras 3 e 4 que a direção do vento muda com a altura, caracterizando a espiral de Ekman à tarde na região. Estas figuras permitem distinguir os comportamentos típicos de verão e de inverno, mostrando que a camada limite diurna se define ao longo do dia com o aquecimento da superfície. Figura 3: Corte norte-sul na longitude 43,26 W da componente meridional do vento para um janeiro climatológico às 15 horas (horário local). Figura 4: Corte norte-sul na longitude 43,26 W da componente meridional do vento para um julho climatológico às 15 horas (horário local). 6 CONCLUSÕES A concentração de um poluente no ar, além de sua reatividade e dos fatores meteorológicos, depende da topografia do terreno, ou seja, se é plano, montanhoso, ou se está localizado num vale. A atmosfera da bacia aérea III recebe diariamente milhares de toneladas de poluentes, resultando numa atmosfera com concentrações de gases e partículas muito acima de áreas não poluídas. O estudo das características do campo de vento dessa bacia permitiu o conhecimento de aspectos importantes das condições da atmosfera nos meses de janeiro e julho. 2014

6 A proximidade da bacia aérea III ao oceano e as características topográficas da área são dois fatores importantes que contribuem muito para o aquecimento diferencial, resultando nas circulações tipo brisa nos meses de verão e de inverno. As brisas terrestres não são bem definidas devido ao fraco aquecimento da superfície pela manhã. Todavia, à medida que o aquecimento da superfície aumenta, a circulação tipo brisa marinha se intensifica. A topografia quase plana, com pequenas elevações na maior parte da bacia aérea III, contribui para a penetração da brisa marinha a distâncias consideráveis nessa bacia. A serra dos Órgãos, um paredão de altitude média de 1200 metros ao fundo da bacia aérea III e picos que se elevam a 2620 metros, se comporta como um divisor de circulações, tanto à superfície como em altitude. A inversão do escoamento à superfície, caracterizada pelas brisas, sugere que somente medidas de comando e controle poderão mitigar os efeitos das emissões na área. O modelo RAMS, alimentado com os dados de reanálises do NCEP, mostrou-se uma ferramenta útil para a determinação do campo de vento na área da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FEEMA. Relatório de qualidade do ar na região metropolitana do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, FEEMA. Caracterização da qualidade do ar na bacia aérea III. Rio de Janeiro, SANTOS, I. A. Controles de Larga e Mesoescala na Precipitação Amazônica no ABLE2b. São Paulo, IAG/USP, Tese de doutoramento p. 2015