TRANSPORTE DE MATERIAL PARTICULADO DE QUEIMADAS PARA A REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO: UM ESTUDO DE CASO.

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1 TRANSPORTE DE MATERIAL PARTICULADO DE QUEIMADAS PARA A REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO: UM ESTUDO DE CASO. Marcio G. L. Oliveira 1, R. S. Silva Júnior 1, M. F. Andrade 1, E. D. Freitas 1, E. Landulfo 2, S. T. Uehara 2. RESUMO: O transporte de material particulado e gases na atmosfera, oriundos de regiões onde ocorrem muitas queimadas, podem influenciar diretamente a qualidade do ar em regiões onde não há queimadas. É mostrado um estudo de caso para o dia 30 de agosto de 2005 na região metropolitana de São Paulo, onde pode-se perceber que as concentrações de material particulado em superfície se elevaram bastante com a passagem de uma pluma de aerossóis entre 2000 e 3500m de altura. Para a caracterização da origem da pluma foi utilizado o modelo de trajetórias HYSPLIT- NOAA, juntamente com imagens de satélite e espessura ótica do aerossol. Foi mostrado que a pluma estudada se origina na região amazônica. A determinação da altura da pluma e o tempo de permanência sobre a região metropolitana de São Paulo foram identificados com dados obtidos pelo LIDAR (Light Detection and Ranging). O processo dinâmico de transporte vertical do material particulado é mais bem compreendido com uma simulação atmosférica utilizando-se o modelo RAMS (Regional Atmospheric Modeling System), onde são mostradas células de convecção que trazem o material particulado para níveis mais baixos na atmosfera, influenciando as concentrações locais. ABSTRACT: Transport of particulate material and gases in the atmosphere, originating from areas with biomass burning, can influence the air quality directly in areas not affected by this source. A case study is shown for August 30, 2005 in the São Paulo metropolitan area, Brazil, where is it was noticed an increase in the concentrations of particulate material at surface, at the same time of the aerosols plume among 2000 and 3500m height. For the characterization of the origin of plume the model of trajectories used was the HYSPLIT-NOAA, with satellite images and aerosol optical thickness. It was shown that the studied plume was originated from the Amazon area. The determination of the plume height and the time of its permanence on São Paulo Metropolitan Area were identified with data obtained by LIDAR (Light Detection and Ranging). The dynamic process 1 Aluno de mestrado (marcio@model.iag.usp.br) e doutorado (rosiberto@model.iag.usp.br), Prof. (mftandra@model.iag.usp.br, efreitas@model.iag.usp.br) Departamento de Ciências Atmosféricas IAG USP, Rua do Matão, 1226, Cid Universitária, São Paulo, SP, Fone: (11) Aluno de mestrado (naka_s@yahoo.com.br), Prof. (elandulf@ipen.br) Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN, Av. Lineu Prestes 2242, Cid Universitária, São Paulo, SP, , Brasil.

2 of particulate mater vertical transport is better understood with an atmospheric simulation with the model RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). The simulations showed that the convection cells brought particulate material for lower levels in the atmosphere, influencing the local concentrations. Palavras-Chave: Transporte de aerossóis, poluição do ar, queima de biomassa. Muitos autores (Freitas et al. 2005; Boian e Kirchhoff, 2004; Landulfo et al. 2003) têm trabalhado com transporte de emissões da queima de biomassa na América do Sul, focando principalmente o transporte dado por massas de ar na atmosfera. Em Freitas et al. (2005), é discutida a implementação de um sistema de monitoramento em tempo real do transporte de aerossóis e gases traços, originados da queima de biomassa, utilizando o modelo RAMS acoplado com um modelo de emissões. Boian e Kirchhoff (2004), através de medidas de avião sobre as regiões Nordeste, Centro-oeste, e Sul, encontraram valores de concentração de CO entre 100 e 450 ppbv, entre regiões de ar limpo e áreas fontes de queima de biomassa. Mostraram que através de comparações entre a razão de CO, imagens de satélite e modelo de trajetórias de massas de ar, havia regiões fortemente afetadas pelo transporte de CO através de massas de ar. Outra importante ferramenta para estudar e determinar alturas de plumas de aerossóis que chegam a São Paulo vindas de outras regiões é o LIDAR (Light Detection and Ranging). Landulfo et al. (2003) usou dados do LIDAR em conjunto com medidas de espessura ótica do aerossol obtidas pelo CIMEL, um fotômetro solar usado pela AERONET, medidas de satélite obtidas pelo sensor MODIS e modelo de trajetórias de massas de ar para determinar camadas de aerossóis entre 2500 e 4000m (2001), e entre 4000 e 7500m (2002). Foi discutido que não somente fontes locais influenciam essas camadas, mas também fontes de outras regiões que tenham intensa atividade de queima de biomassa durante este mesmo período do ano. As concentrações de poluentes são afetadas por fatores externos à região de interesse como as massas de ar que chegam a São Paulo após passarem por vários locais que têm diferentes emissões de compostos, inclusive aqueles vindos de regiões com queimadas. Para traçar a história de uma massa de ar, trajetórias de chegada ao local do receptor são construídas e dão subsídios para a identificação das fontes regionais de poluição do ar e das fontes específicas (Man e Shih 2001). Neste trabalho é feito um estudo de caso sobre o transporte de material particulado (MP) vindo da Região Amazônica e do Brasil Central para a região metropolitana de São Paulo (RMSP). Mostra-se

3 que a dinâmica da atmosfera afeta as concentrações em superfície. Analisando alguns artigos citados anteriormente, decidiu-se realizar um estudo de caso para o dia 30 de agosto de 2005, com relação ao transporte de material particulado, visto que nesse dia houve uma significativa elevação nas concentrações do material particulado em superfície, não havendo algo localmente que pudesse ser diretamente relacionado a esse aumento. Vale ressaltar que os dados das concentrações em massa do carbono elementar (black carbon), indicam que esse MP pode ter sido oriundo de queimadas. Foram analisados os campos de w e linhas de corrente do vento em vários níveis de pressão, juntamente com a espessura ótica do aerossol e os dados de concentração do material particulado. Também foram utilizadas imagens de satélites no período, simulações com o modelo de trajetórias HYSPLIT NOAA e dados do LIDAR. Pode-se observar na figura 1, uma grande quantidade de focos de calor associada com as queimadas que ocorrem próximo a localidade de Alta Floresta MT, nesta época do ano (agosto). Ainda pode-se observar o deslocamento da pluma de aerossóis na direção sudoeste, indicando a direção do vento no local. Na figura 2, observa-se possíveis trajetórias das parcelas de ar vindas do Brasil central e da Região Amazônica (Alta Floresta), simuladas pelo HYSPLIT, no período de 28 a 30 de agosto de Nota-se que dependendo da altura de deslocamento das parcelas, estas podem vir de diferentes localizações. Figura 1. Imagem de Alta Floresta (círculo azul) medida pelo satélite Terra, dia 28/08/05. Ao longo do dia 30 a pluma se desloca sobre a RMSP, como se observa acompanhando o aumento da espessura ótica do aerossol registrado nesse dia e mostrado na figura 3. Nota-se ainda na figura 3, que até o início da tarde, os valores de espessura ótica do aerossol não são tão elevados. Durante toda a tarde percebe-se um aumento rápido na espessura ótica, atingindo os maiores valores no início da noite. Esse aumento deve estar relacionado com a passagem da pluma de aerossóis sobre a RMSP.

4 Figura 2. Trajetória da parcela simulada pelo modelo HYSPLIT - NOAA, partindo do dia 28 e chegando a RMSP no dia 30/08/05 as 17:00h (local). Figura 3: Variação da espessura ótica do aerossol ao longo do dia 30 de agosto de 2005, (AERONET). Na figura 4, é mostrada uma imagem gerada com dados do LIDAR para o dia em estudo, fica clara a entrada da pluma de aerossóis sobre a RMSP, percebe-se que a pluma que passou sobre a região no período da tarde, encontrava-se a uma altura que varia entre 2000 e 3500m. Sabe-se que o material particulado medido em superfície sofre um aumento elevado de sua concentração, ao mesmo tempo, uma pluma de aerossóis passa sobre a RMSP. Então, surgiu-se à idéia de investigar a relação entre os dois eventos. Essa investigação se faz necessária, pois não há indícios locais que justifiquem tais variações nas concentrações, o horário dos picos de concentrações não coincide com o de maior tráfego de veículos, sugerindo que esse material particulado deve ter sido trazido por massas de ar através de movimentos na atmosfera.

5 Figura 4. Imagem gerada com dados do LIDAR em 30/08/05 sobre a região metropolitana de São Paulo. Foi feita uma análise nos movimentos verticais na atmosfera (campos de w ) e nos movimentos horizontais (campos de linhas de corrente e intensidade do vento) com o modelo RAMS para o dia analisado. Sabendo-se que o local do experimento localiza-se aproximadamente a uma latitude de 23 o e 33min e uma longitude de 46 o e 44min, pode-se observar na figura 5, que as células de convecção podem variar de 20 a 60km de extensão na horizontal e que havia subsidência de ar em praticamente todos os níveis verticais abaixo de 2400m nos horários analisados e sobre o local do experimento. É possível supor que parte da pluma de aerossóis, a qual se encontrava sobre a região no mesmo instante, tenha descido acompanhando a massa de ar. Esse transporte vertical pode estar relacionado com os aumentos de concentrações em superfície (figura 6) de black carbon. Os resultados mostram que é possível medir MP em superfície na RMSP, oriundo de queimadas na Amazônia e Brasil Central. Figura 5. Campos verticais de w e horizontais de u, com suas respectivas intensidades (14 e 15Z de 30 de agosto de 2005).

6 Figura 6. Variação diária da concentração de black carbon para o período de 24 a 31 de agosto de 2005, medido com o Aetalometro. AGRADECIMENTOS: Esse estudo recebeu apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FAPESP. Os autores são gratos a NOAA e AERONET por disponibilizar dados utilizados no trabalho. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Freitas, S. R., K. M. Longo, M. A. F. Silva Dias, P. L. Silva Dias, R. Chatfield, E. Prins, P. E. Artaxo, G. Grell, e F. S. Recuero, 2005: Monitoring the transport of biomass burning emissions in South America. Environ. Fluid Mech., 5, Boian, C. e V. W. J. H. Kirchhoff, 2004: Measurements of CO in an aircraft experiment and their correlation with biomass burning and air mass origin in South America. Atmospheric Environment 38, Landulfo, E., A. Papayannis, P. Artaxo, A. D. A. Castanho, A. Z. de Freitas, R. F. Souza, N. D. Vieira Junior, M. P. M. P. Jorge, O. R. Sánchez-Ccoyllo, and D. S. Moreira, 2003: Synergetic measurements of aerosols over São Paulo, Brazil using LIDAR, sunphotometer and satellite data during the dry season. Atmos. Chem. Phys., 3, , Man, C. K. e M. Y. Shih, 2001: Identification of sources of pm10 aerosols in Hong Kong by wind trajectory analysis. J. Aerosol Sci., 32,