ANÁLISE DE PICOS SECUNDÁRIOS NA CONCENTRAÇÃO DE OZÔNIO EM SUPERFÍCIE SOBRE A REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO

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1 ANÁLISE DE PICOS SECUNDÁRIOS NA CONCENTRAÇÃO DE OZÔNIO EM SUPERFÍCIE SOBRE A REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO 1 Helena Turon Balbino, 2 Edmilson Dias de Freitas RESUMO: Neste trabalho são analisados máximos na concentração de ozônio em superfície durante o período noturno, os chamados picos secundários, sobre a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). A identificação dos picos secundários foi feita com as medidas de concentração realizadas pela rede operacional da Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental de São Paulo (CETESB). Analisouse a situação sinótica nos eventos selecionados e um estudo das circulações locais e concentrações de ozônio utilizando o modelo de mesoescala Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS), acoplado ao módulo fotoquímico simplificado (SPM-BRAMS, FREITAS et al., 2005), para compreender em maiores detalhes o processo de dispersão do poluente. Os resultados mostraram que o pico secundário alcançado às 03 HL foi ocasionado por transporte horizontal e, principalmente, vertical, trazendo para a superfície o ozônio aprisionado nas camadas superiores. ABSTRACT: In this work nocturnal maximum in the surface ozone concentration, known as secondary peaks, are analyzed over the Metropolitan Area of São Paulo (MASP). The identification of the secondary peaks was made with the measurements of concentration provided by the São Paulo s Environment Protection Agency (CETESB). Synoptic situation for selected events and a study of the local circulations and ozone concentrations were analyzed using the Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS), coupled to a simplified photochemical module (SPM-BRAMS, FREITAS et al., 2005). The results showed that the peak reached to the 03 LT was caused by both horizontal and vertical transport that brought to the surface the ozone present in higher atmospheric levels. Palavras-chave: ozônio em superfície, picos secundários, SPM-BRAMS. INTRODUÇÃO A Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) está localizada em aproximadamente 23,5 0 S e 46,5 0 W, com uma área de 8051 km 2, população superior a 17 milhões de habitantes, cerca de 2000 indústrias e uma frota de aproximadamente 7,8 milhões de veículos (1/5 da frota total nacional), altitude média de 720 m e extensa planície de inundação. Está a 60 km de distância do oceano Atlântico e é o terceiro maior conglomerado urbano do mundo, segundo relatório da Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental (CETESB, 2005). Devido a grande complexidade da região de estudo, é necessária a utilização de um modelo que contemple o maior número possível de processos físicos envolvidos. Neste contexto, optou-se pela 1 Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) Eixo Monumental Sul Via S1 Setor Sudoeste, Brasília, DF Brasil, Fone: (0XX-61) Instituto de Astronomia e Ciência Atmosféricas (IAG) Departamento de Ciências Atmosféricas - Rua do Matão, 1226 Cidade Universitária São Paulo SP Brasil, Fone: (0XX-11) ,

2 utilização do Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS), o qual permite a inclusão de processos oriundos da atividade humana, tais como os fluxos de calor sensível e latente de origem veicular e industrial/residencial. Outro aspecto importante é que este modelo possui uma parametrização simplificada dos processos de formação e transporte do ozônio troposférico e seus precursores, o módulo SPM-BRAMS (Simple Photochemical Module, FREITAS et al., 2005). Os máximos na concentração de ozônio (O 3 ) na RMSP são geralmente observados no período da tarde, entre 15 e 17 horas, associados aos máximos nas concentrações de NO 2, de NO, dos compostos orgânicos voláteis, precursores do ozônio, e de radiação solar. Sem a radiação solar cessa a formação do ozônio. Perto da superfície os gases sofrem advecção e parte destes é removida pelo processo conhecido por deposição seca. Confinado na camada noturna, o NO consome o O 3 disponível, ocasionando uma drástica redução deste poluente durante a madrugada. Na camada limite residual, e mesmo acima desta, permanece certa quantidade de ozônio que foi produzido durante o dia. Neste caso, é possível que haja transporte dos níveis mais altos para a superfície, ocasionando concentrações elevadas durante a madrugada, os chamados picos secundários. DADOS E METODOLOGIA Para as análises foram utilizadas imagens do satélite GOES-8 no canal infravermelho, medidas de concentração de ozônio em superfície, fornecidas pela CETESB, reanálises do NCEP, os campos meteorológicos obtidos do SPM-BRAMS e as concentrações de ozônio simuladas pelo modelo. Foram selecionados três episódios para a análise, sendo os dois primeiros em 03 e 08 de agosto de 1999 e o terceiro em 26 de setembro de Após a identificação desses picos secundários, analisou-se a situação sinótica em cada um dos eventos. Como todos os casos tiveram comportamento semelhante, descreveremos o ocorrido em 03 de agosto de Este pico apresentou concentração média em torno de 37 ppb e, assim como os demais casos, ocorreu por volta das 0600 UTC (3 Hora Local - HL). O modelo foi inicializado com campos meteorológicos obtidos das análises do modelo global do CPTEC-INPE (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) disponíveis num intervalo de seis horas. RESULTADOS A figura 1 mostra a evolução das concentrações de ozônio simuladas pelo SPM-BRAMS e medidas em estações da rede da CETESB. Observa-se nesta figura que as concentrações de ozônio foram bem simuladas pelo modelo sobre a RMSP. Em regiões mais distantes, como Cubatão na Baixada Santista, as concentrações não foram tão bem representadas.

3 Conc. O CUBATÃO CENTRO CETESB SPM_BRAMS H L Conc. O CETESB SPM_BRAMS OSASCO Figura 1-Comparação da evolução das concentrações de ozônio em superfície para o período entre 0000 UTC do dia 01 e 0000 UTC do dia 04 de agosto de 1999, para estações Cubatão (centro) e Osasco. Em todos os três eventos, coincidindo com os horários de ocorrência dos picos secundários, observou-se um cavado em escala sinótica, localizado a leste da RMSP. Sobre a região dominava a alta pressão. A figura 2 ilustra este fato para o dia 03 de agosto de H L Altura geopotencial (metros), ao nível de 500 hpa, em 03/08/99 Figura 2-Situação sinótica na ocasião do pico secundário de 03/08/99, fonte GOES-8 e reanálise do NCEP. As análises dos campos meteorológicos mostraram que acima da Camada Limite Planetária (CLP) o cavado provoca um jato de sul que se bifurca, sendo que um dos ramos se une à circulação anti-ciclônica sobre o continente. A figura 3 mostra a massa de ar que entra no continente e transporta parte das concentrações de ozônio para noroeste. O outro ramo deste jato, próximo a 740 hpa (cerca de 2000 m de altitude), está associado à circulação corrente abaixo do cavado sinótico que se soma à circulação ciclônica sobre o oceano onde também se observa a advecção da poluição produzida no dia anterior a leste e nordeste da RMSP. Observa-se também que às 3 HL esta circulação já perdeu a configuração original e adquire curvatura anti-ciclônica, trazendo ar marítimo para as camadas atmosféricas superiores. A figura 4 mostra um corte longitudinal passando sobre o município de Osasco (na latitude da estação mostrada na figura 1). Nesta figura é possível identificar o movimento descendente de ar da atmosfera livre, onde há mais ozônio, para CLP noturna. O movimento vertical, w, foi multiplicado por 10 para melhor visualização do vetor (u,w). Nota-se que sobre a RMSP, no período anterior, havia mais ozônio aprisionado entre 600 e 1000 m de altitude do que no horário do pico secundário.

4 . Figura 3-Concentração de O 3 em superfície, vento a 10 m, (topo) e para 2000 m de altitude (base), às 22 HL (00 UTC) de 02/08/99 e às 0 (03 UTC) e 3 HL (06 UTC) de 03/08/99. Figura 4 Perfil da concentração de ozônio e do movimento vertical, às 22 HL de 02/08/99 e às 3 HL de 03/08/99.

5 Verificou-se, pelo perfil do vento meridional, mostrado na figura 5, que a velocidade máxima do jato ocorreu por volta das 21 HL, concordando com estudos de Karam (2002) sobre JBN (Jato de Baixos Níveis) na região de Iperó SP. Quando ocorreu o pico secundário na concentração de ozônio o JBN já estava enfraquecido, mas o cisalhamento horizontal era maior e promovia a turbulência na CLP, com movimento ascendente próximo à superfície, figura não mostrada. Sobre a RMSP o transporte foi predominantemente negativo em superfície, mostrando influência da circulação zonal, e positivo em altitude, com influência do vento meridional. No horário do pico secundário, conforme figura 6. O transporte mais intenso ocorreu no horário de máximo do JBN. O padrão se manteve no horário do pico secundário, mas com intensidade inferior, mostrado na figura 7, se confirma o transporte de níveis superiores em direção à superfície. Figura 5 Perfil longitudinal do vento meridional às 21 HL do dia 02 (esquerda) e às 3 HL (direita) de 03/08/99. Concluiu-se, por este padrão, que o pico alcançado às 3 HL começou a se formar anteriormente por transporte do ozônio confinado na região litorânea e em níveis verticais mais elevados. Após este máximo, com a mudança na direção dos ventos (SE-NW), nos níveis mais elevados, houve transporte de ar oceânico mais limpo para o continente, causando uma diminuição desta concentração. Figura 6 Transporte horizontal de ozônio, às 3 HL, em 03/08/99, em superfície e a 2000 m.

6 Figura 7 Transporte meridional, zonal e vertical, no horário de máximo de JBN, 00Z (acima) e às 06Z (abaixo) em 03/08/99, se percebe a irregularidade proporcionada pela Serra do Mar. Unidade: m ppb s -1. CONCLUSÕES Com as imagens no IR e as reanálises do NCEP, identificou-se um cavado em escala sinótica, a leste da RMSP. A região estava sob domínio do anticiclone de latitudes médias, que mantinha a subsidência em larga escala. Os campos previstos pelo BRAMS mostram o cisalhamento direcional do vento, sudeste em baixos níveis e sudoeste em 2000 m, às 21 HL, no horário de máximo do JBN. No horário do pico secundário este ramo da circulação que inicialmente se unia a circulação ciclônica sobre o oceano, passou a acompanhar o movimento ciclônico do vento em superfície, trazendo ar mais limpo para a região em níveis mais elevados. Concluiu-se que o pico secundário alcançado às 3 HL começou a se formar por transporte horizontal, mas o transporte vertical foi o mais eficaz no aumento das concentrações observadas sobre a RMSP. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CETESB (2005) - Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo - Secretaria do Meio Ambiente, Série Relatórios - São Paulo ( Karam, H. A. (2002) - Estudo do Jato de Baixos Níveis de Iperó e das Implicações no transporte de Poluentes no Estado de São Paulo. Dissertação de Doutorado, Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo. Freitas, E. D; Martins, L. D.; Silva Dias, P. L.; Andrade, M. F. (2005) - A simple photochemical module implemented in RAMS for tropospheric ozone concentration forecast in the Metropolitan Area of São Paulo - Brazil: Coupling and validation. Atmospheric Environment. 39(34),

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