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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.14.2009.tde-23012010-102058
Documento
Autor
Nome completo
Rosiberto Salustiano da Silva Júnior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Andrade, Maria de Fatima (Presidente)
Alvala, Plinio Carlos
Lyra, Roberto Fernando da Fonseca
Martilli, Alberto
Rocha, Rosmeri Porfirio da
Título em português
Sensibilidade na estimativa da concentração de poluentes fotoquímicos com a aplicação de diferentes parametrizações de camada limite planetária utilizando o modelo de qualidade do ar WRF/Chem
Palavras-chave em português
Camada Limite Planetária
Concentração de O3 e CO
Dispersão de Poluentes.
Resumo em português
Neste trabalho foi avaliado o impacto na simulação dos poluentes fotoquímicos do uso de diferentes parametrizações da Camada Limite Planetária (CLP) para a Região Metropolitana de São Paulo, utilizando o modelo de mesoescala não-hidrostático Weather Research and Forecasting (WRF) com o acoplamento dos módulos químicos (WRF/Chem). Para análise da acurácia dos resultados obtidos com o modelo, foram utilizadas as medições realizadas pelas estações automáticas da CETESB em superfície, e a validação do perfil vertical da concentração de O3 com base nos dados do experimento de lançamento de ozoniosondas realizado dentro do contexto de um projeto de políticas públicas (recursos FAPESP) realizado durante o período de estudo. A motivação para a realização do presente trabalho foi a grande dificuldade de representação da estrutura da CLP em especial durante o período noturno sobre áreas urbanas. O estudo contou com a utilização inédita do modelo on-line para simulação da composição química da atmosfera da RMSP, e por fim analisou o impacto do acoplamento com o modelo urbano Urban Canopy Model (UCM), com o modelo WRF-Chem. A área de estudo é a Região Metropolitana de São Paulo e adjacências, e o período estudado foi de 28/10 a 01/11/2006. As variações anuais da temperatura do ar, velocidade do vento e radiação solar para o ano de 2006, mostraram que o mês de outubro foi marcado por grande disponibilidade de radiação solar, altos valores de temperatura do ar e ventos intensos. As simulações com casos idealizados mostraram que o esquema numérico de CLP, YSU (Yonsei University) representou melhor a variação da Camada Limite na área urbana, o que influenciou diretamente na dispersão dos poluentes. Já para as simulações de casos reais os resultados mostraram uma boa correlação entre simulado e observado para as concentrações superficiais de O3 e CO e uma grande dificuldade do modelo em representar o perfil vertical da concentração de O3, quando utilizada a versão 2.1 do modelo WRF/Chem. Problema este parcialmente resolvido (podendo melhorar ainda mais) quando é utilizada uma versão mais recente do modelo WRF-Chem, como o caso da versão 3, acoplada com o modelo urbano UCM. Os experimentos realizados para estimar o impacto do tipo do uso do solo sobre a variação da altura da CLP e conseqüente relação com a composição química da atmosfera, mostraram que a altura da CLP é mais alta sobre áreas urbanas em comparação com áreas rurais, portanto influenciando de forma efetiva na dispersão dos poluentes. No presente trabalho foi mostrado o transporte de poluentes existente entre as regiões metropolitanas de São Paulo, Campinas e Sorocaba, devido principalmente a topografia que atua canalizando o vento na direção de Campinas e Sorocaba. A proximidade com as fontes de emissão mostrou ser um fator importante para o nível de concentração de O3, pois à medida que se afasta das fontes de emissão tanto vertical quanto horizontalmente a concentração de O3 aumenta. E devido a sua relativa proximidade com o Oceano Atlântico, a RMSP é beneficiada com a formação da Brisa Marítima que auxilia na dispersão dos poluentes emitidos e formados na RMSP.
Título em inglês
The sensibility of the estimative concentration of photochemical pollutants using different parameterizations of Planetary Boundary Layer with the air quality WRF/Chem model
Palavras-chave em inglês
concentration of O3 and CO
dispersion of pollutants
Planetary Boundary Layer
Resumo em inglês
This work evaluated the parameterizations´ sensibility of the Planetary Boundary Layer (PBL) in the simulation of photochemical pollutants above the Metropolitan Region of São Paulo, by using the Weather Research and Forecasting (WRF) non-hydrostatic mesoscale model, with the coupling of chemical modules (WRF/Chem). In order to analyze the accuracy of the results obtained with the model, there will be used the measurements made by the automatic air quality stations from CETESB on surface, and the validation of the O3 vertical profile, will be based on ozonesoundings experiments conducted during the period of the study. The motivation for this study was the great difficulty in representing the PBLs structure specially during the night, witch is an new utilization of an on-line model to simulate the chemical composition of the atmosphere of the MASP, and finally, to analyze the impact of the coupling with the Urban Canopy Model (UCM). The study area is the Metropolitan Region of São Paulo and surroundings, and the period was between 10/28 11/01/2006. The annual variations of the air temperature, wind speed and solar radiation for 2006, showed that the month of October was marked by wide availability of solar radiation, high values of air temperature and intense winds. The simulations with idealized cases showed that the PBLs order of height based on the numerical scheme is YSU, MYJ, BOULAC and UCM, which influences directly the dispersion of pollutants with lower concentrations of the CO for YSU and higher for UCM respectively, and for the concentrations of the O3, the scheme YSU shows lower concentrations but unlike the CO, the other schemes are equal. However, for the simulations of real cases, the results showed a good correlation between simulated and observed for the surface concentrations of the O3 and CO, and a great difficulty of the model on the vertical profiles representation of the concentration of O3, when the 2.1 version of the WRF/Chem model is used. This problem was partially solved (can be better improved) when used with the latest version, as version 3, and coupled with the Urban Canopy Model. The experiments performed to estimate the impact of the land use type on the variation of the PBL height and consequent relationship with the chemical composition of the atmosphere, showed that the PBL height is higher on the urban areas compared to rural areas, thus influencing effectively in the dispersal of pollutants, and a lower PBL height was associated with higher concentrations due to lower dispersion of pollutants. This work has demonstrated the transport of pollutants between the metropolitan regions of São Paulo - Campinas and São Paulo - Sorocaba, due to topography that acts targeting the wind in the direction of Campinas. The proximity of emission sources has been important for the level of concentration of O3, as it moves away from sources of emissions both vertically and horizontally increases its concentration. Due the proximity with the Atlantic Ocean, the formation of Sea Breeze helps dispersion of pollutants emitted and formed in the MASP.
 
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Rosiberto_tese.pdf (9.32 Mbytes)
Data de Publicação
2010-09-23
 
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