ESTIMATIVA DA ALTURA DA CAMADA DE MISTURA DA BACIA ÁREA (III) DA RMRJ: UM ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS RESULTADOS DO AERMET E CALMET

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Sabina Igrejas Melgaço
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1 ESTIMATIVA DA ALTURA DA CAMADA DE MISTURA DA BACIA ÁREA (III) DA RMRJ: UM ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS RESULTADOS DO E Davi Pegado Gomes, Mauricio Soares da Silva, Bruno D Aiuto da Cunha, José Francisco de Oliveira Júnior 2,Luiz Cláudio Gomes Pimentel RESUMO: Realizou-se uma comparação entre os resultados de altura de camada de mistura obtidos com os processadores meteorológicos (Aermod Meteorological Preprocessor) e (Californian Meteorologiacal Model), dos sistemas de modelagem da qualidade do ar AERMOD (Amercian Meteorology Society Environmental Protection Agency Regulatory Model) e CALPUFF (Californian Dispersion Model). O estudo foi desenvolvido para a Bacia Área III da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). Os resultados indicaram discrepâncias nos valores simulados com os modelos, sendo similar o comportamento da evolução temporal da altura de camada de mistura mecânica e convectiva. ABSTRACT: It was performed a comparison among the mixing height results obtained with the meteorological processors (Aermod Meteorological Preprocessor) and (Californian Meteorologiacal Model), from the systems AERMOD (Amercian Meteorology Society - Environmental Protection Agency Regulatory Model) and CALPUFF (Californian Dispersion Model). The study was developed for the Airshed III on Rio de Janeiro Metropolitan Area (RMRJ). The results indicated discrepancies in the simulated values with the models, being similar the behavior of the temporary evolution of the mixed height both mechanical and convective. Palavras-Chave: Processadores meteorológicos, Camada de Mistura, Dispersão de Poluentes.. INTRODUÇÃO A altura da Camada de Mistura (CM) é um parâmetro micrometeorológico importante para a inicialização de modelos de qualidade do ar, e conseqüentemente na simulação dos mecanismos de transporte da dispersão de poluentes na atmosfera. A CM faz parte da Camada Limite Atmosférica (CLA), (Stull, 88), como mostrado na Figura. Esse parâmetro pode ser estimado diretamente através de métodos de sensoriamento remoto, com auxílio de equipamentos como o SOund Detection and Ranging (SODAR) e LIght Detection And Ranging (LIDAR), ou indiretamente pela análise do perfil vertical da velocidade do vento, temperatura potencial ou umidade, sendo obtidos através de técnicas clássicas como a radiossondagem ou balão cativo. Porém, o alto custo de Núcleo Computacional de Qualidade do Ar (NCQAR), Laboratório de Modelagem e Processos Marinhos e Atmosféricos (LAMMA), Departamento de Meteorologia - Instituto de Geociências (IGEO) - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza, Bloco G, Ilha do Fundão - Cidade Universitária, CEP: 24-, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Tel: () 28-4 Ramal:26 Fax: () bruno@acd.ufrj.br, davipegado@hotmail.com, pimentel@acd.ufrj.br 2 Comissão Nacional de Energia Nuclear, Divisão de Matérias Primas e Minerais, R. General Severiano,, Botafogo, Rio de Janeiro, RJ, CEP: jfoliveira@cnen.gov.br

Meteorological Preprocessor) e (Californian Meteorologiacal Model), dos sistemas de modelagem da qualidade do ar AERMOD (Amercian Meteorology Society Environmental Protection Agency Regulatory Model)

2 aquisição e manutenção tem inviabilizado o uso operacional desses equipamentos. Aliado a isso, em situações, como o estudo da dispersão de poluentes em terrenos não-homogêneos, em diversas situações é necessário incluir na modelagem da qualidade do ar o efeito da variação espacial da altura da CM, impossibilitando o uso de valores desse parâmetro, a partir de medições pontuais, como as obtidas através dos métodos descritos anteriormente. Uma metodologia alternativa de se estimar a da altura da CM é através da modelagem computacional, que além de ser economicamente mais viável que os métodos descritos anteriormente, permite simular as variações temporais e espaciais desse parâmetro, principalmente em terrenos não-homogêneos. Baseado no exposto o trabalho tem como objetivo avaliar comparativamente os resultados dos processadores meteorológicos e, referente à altura da CM. Figura - Estrutura da Camada Limite Atmosférica (CLA). 2. METODOLOGIA 2. Caracterização da área de estudo A região escolhida para a análise foi a Bacia Aérea III, que se localiza na RMRJ, como pode ser observado na Figura 2. Segundo dados do IBGE (2), a RMRJ é a que apresenta a maior densidade demográfica do país, com aproximadamente. hab/km 2, o maior grau de urbanização 6,8%, e responsável pela geração de cerca de 8% da renda interna do Estado e de % da nacional.

espacial da altura da CM, impossibilitando o uso de valores desse parâmetro, a partir de medições pontuais, como as obtidas através dos métodos descritos anteriormente.

3 Figura 2 Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). Fonte Google Earth. 2.2 Descrição dos modelos Foram utilizados os processadores meteorológicos do AERMOD e do CALPUFF para a estimativa da CM. O AERMOD é um modelo gaussiano que utiliza um processador de dados meteorológicos de superfície e altitude, denominado AERMOD METEOROLOGICAL PREPROCESSOR, que assimila apenas informações de uma estação meteorológica. O CALPUFF é um modelo lagrangeano que utiliza um processador de dados meteorológicos de superfície e altitude, denominado, que assimila dados de até estações meteorológicas diferentes e processa dados de topografia e uso do solo. Para o cálculo da altura da CM mecânica, ambos os processadores utilizam a expressão diagnóstica descrita por Venkatran (8), sendo que existe uma sutil diferença na formulação para cada modelo. Para a estimativa da altura da CM convectiva o utiliza o procedimento descrito por Carson () e modificado por Weil and Brower (8). O utiliza o procedimento descrito por Carson () e modificado por Maul (8) para estimar a altura da CM convectiva. 2. Dados utilizados Os dados meteorológicos de superfície foram obtidos através do código METAR das estações meteorológicas dos aeroportos Campo Délio Jardim de Matos (SBAF), Santos Dumont (SBRJ), Jacarepaguá (SBJR) Antônio Carlos Jobim Galeão (SBGL) a Tabela, e os dados meteorológicos

4 de altitude foram obtidos da estação meteorológica do aeroporto Antônio Carlos Jobim Galeão (SBGL), conforme a Tabela 2. Tabela - Localização das Estações Meteorológicas de Superfície Nome Identificação X(km) - Y(km) - UTM UTM Latitude Longitude SBAF º2 S 4º W SBRJ º4 S 4º W SBJR ºS 4º W SBGL º48 S 4º W Para o foram utilizados apenas dados meteorológicos do aeroporto SBGL. Para o processador, devido a sua característica de assimilação de dados, utilizamos as informações meteorológicas dos quatro aeroportos citados anteriormente. Para a comparação dos dados referentes à CM, foi escolhido um ponto fixo para a análise, localizado no Aeroporto Antonio Carlos Jobim (Galeão) SBGL. Além das variáveis meteorológicas fornecidas pelo código METAR dos aeroportos, outros fatores como: rugosidade, razão de Bowen e Albedo são de extrema importância para estimar a altura da CM. O processador utiliza-se dos dados de terreno para calcular esses parâmetros acima em cada ponto de grade. No esses fatores são informados pelo usuário, e objetivando uma comparação em condições semelhantes, foram fornecidos ao os valores calculados pelo no ponto de estudo. Os períodos do estudo foram compreendidos entre os dias 6 e 8 de julho, representativos do inverno, e o período referente ao verão, entre os dias e de janeiro. ambos para o ano de 24.. RESULTADOS A partir das Figs. () e (4) observamos que as estimativas da altura da Camada de Mistura Mecânica (CMM) obtidas com o e, para os dois períodos da simulação, apresentaram comportamento semelhante com relação à evolução horária. No entanto, notamos que os valores obtidos com o são superiores aqueles simulados com o. As maiores discrepâncias ocorreram nos horário onde o parâmetro altura da camada de mistura atingiu os valores mais altos. Esses desvios estão associados às diferenças nos parâmetros do modelo de Venkatran (8) utilizados nos dois processadores meteorológicos. Nesta parametrização a altura da CMM está diretamente relacionada à velocidade de fricção e conseqüentemente a intensidade da velocidade do vento.

SBGL 846 6 46 22º48 S 4º W Para o foram utilizados apenas dados meteorológicos do aeroporto SBGL.

5 Para a altura da camada de mistura convectiva (CMC) exposta nas Figs. () e (6), os modelos indicaram uma mesma tendência no comportamento físico da evolução horária. Notamos os máximos valores ocorrendo nos horários de maior incidência de radiação solar e, como esperado fisicamente, os valores de altura da CMC no mês de verão apresentam valores superiores ao mês de inverno. x ALTURA DA CAMADA DE MISTURA MECÂNICA JANEIRO a 2 Figura Evolução da Altura da Camada de Mistura Mecânica: Período de Janeiro 2 x ALTURA DA CAMADA DE MISTURA MECÂNICA JULHO 6 a 8 2 Figura 4 Evolução da Altura da Camada de Mistura Mecânica: Período de Julho x ALTURA DA CAMADA DE MISTURA CONVECTIVA JANEIRO a Figura Evolução da Altura da Camada de Mistura Convectiva: Período de Janeiro

6 Os resultados calculados com o modelo aparentemente apresentam uma maior consistência física, indicada pelo decaimento suave desse parâmetro no final da tarde. Para o notamos uma queda abrupta desse parâmetro ao final do período de aquecimento solar. Isto ocorre porque a CMC é calculada usando como um dos parâmetros o aquecimento solar, não levando em consideração a camada residual de calor que ainda existe neste horário e início da noite. 2 x ALTURA DA CAMADA DE MISTURA CONVECTIVA JULHO 6 a 8 2 Figura 6 Evolução da Altura da Camada de Mistura Convectiva: Período de Julho CONCLUSÕES Os modelos apresentaram discrepâncias nos valores da altura da CMM e CMC. No entanto, identificamos uma similaridade na tendência de evolução temporal deste parâmetro, sendo os valores estimados pelo, para altura da CMM, superiores aos valores simulados pelo. Para a evolução temporal da altura da CMC, aparentemente os resultados do apresentaram maior consistência física que os obtido para o. Para trabalhos futuros objetivamos a comparação dos resultados das simulações com dados de equipamentos apropriados para a medição da altura da camada de mistura como o SODAR ou LIDAR. AGRADECIMENTOS Gostaríamos de agradecer ao CNPq, FAPERJ e CAPES pelo financiamento da pesquisa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Stull, R. B. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer Academic, Norwell, Mass., 666 p., 88. Piringer, M., Kukkonem, J. Mixing height and inversions in urban areas. In: Proceedings of the Workshop Meteorology, Toulouse França, -4 Outubro, p., 2.

Isto ocorre porque a CMC é calculada usando como um dos parâmetros o aquecimento solar, não levando em consideração a camada residual de calor que ainda existe neste horário e início da noite.

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