Importância dos Dados de Base na Modelação Fotoquímica

Importância dos Dados de Base na Modelação Fotoquímica
Atmosférica. Aplicação de um Modelo Fotoquímico de
Trajectória a uma Região da Costa Portuguesa.
Paulo de Pinho1, Luís Teixeira de Lemos1, Casimiro Pio2
1
2
Departamento de Ambiente- Escola Superior de Tecnologia de Viseu - Instituto
Politécnico de Viseu, [email protected], [email protected]
Departamento de Ambiente e Ordenamento – Universidade de Aveiro, [email protected]
Resumo
Vários estudos e medições mostram importantes episódios de elevadas concentrações de ozono no
interior de Portugal. Estes episódios estão correlacionados com massas de ar provenientes do litoral.
O presente trabalho teve como objectivo a análise do efeito dos dados de base nas previsões,
relativas a concentrações de ozono, obtidas por um modelo fotoquímico de trajectória, no que diz
respeito às emissões de hidrocarbonetos biogénicos, às emissões móveis e às condições iniciais dos
óxidos de azoto (NOx) e dos compostos orgânicos voláteis (COV).
Um modelo fotoquímico de trajectória utilizando dois mecanismos químicos, um explícito- o
Master Chemical Mechanism e o outro condensado- Carbon Bond IV foi aplicado a uma massa de
ar transportada pela brisa marítima, desde Aveiro até Tábua.
Para o caso de estudo, as concentrações calculadas por aplicação do modelo desenvolvido são
superiores, na ordem de 10 a 15 ppbv, aos valores obtidos por medição directa, o que representa
cerca de 20 a 30% de variação.
Foram realizados vários testes de sensibilidade, tendo os resultados obtidos sido comparados com
valores medidos existentes.
Constatou-se, para o caso em estudo, que o resultado obtido é muito dependente dos dados de
entrada relativos às concentrações iniciais de NOx e COVs consideradas na proximidade da linha de
costa e dos fluxos de emissão dos hidrocarbonetos de origem biogénica considerados.
Palavras chave: Ozono, Hidrocarbonetos Biogénicos, Modelação, Poluição Fotoquímica
Introdução
A modelação fotoquímica da atmosfera requer diversos dados de base. Os três componentes básicos
de um modelo atmosférico são: as emissões das espécies químicas; o transporte e as transformações
físico-químicas. Existe uma complementaridade entre a monitorização ambiental, a experimentação
laboratorial e a modelação. A monitorização identifica o estado da atmosfera e fornece os dados
necessários para a utilização e avaliação dos modelos atmosféricos. Os estudos laboratoriais
geralmente focam um processo atmosférico singular, providenciando parâmetros necessários aos
modelos atmosféricos (Seinfeld e Pandis, 1998).
Diversos modelos fotoquímicos de transporte foram propostos e utilizados pela comunidade
científica. Alguns deles simulam alterações na composição química de uma dada parcela de ar à
medida que esta sofre advecção na atmosfera (modelos Lagrangeanos), enquanto que outros
descrevem a concentração num conjunto de células computacionais fixas (modelos Eulerianos)
(Finlayson-Pitts, B. J., Pitts, J. N., 2000).
Os principais componentes identificados na maioria dos modelos correntemente utilizados são:
inventários de emissões de hidrocarbonetos e óxidos de azoto, com resolução espacial e temporal
apropriada; dados químicos e fotoquímicos que permitam a descrição quantitativa da formação de
ozono ou outro poluente secundário gerado por processo fotoquímico; mecanismos de deposição
seca particularmente para o ozono, PAN e peróxido de hidrogénio de forma a considerar a sua
remoção por absorção no solo, na vegetação e em águas superficiais; dados meteorológicos
descrevendo o transporte de poluentes primários das fontes e de poluentes secundários (Derwent,
1990).
O objectivo de utilização de um modelo fotoquímico não é tanto prever com exactidão valores de
concentração espaciais e temporais, mas, mais do que isso, permitir compreender a importância
relativa das diferentes espécies químicas na produção dos principais poluentes. Assim, é possível
delinear uma estratégia de combate à poluição verdadeiramente eficaz e economicamente viável
(Seinfeld e Pandis, 1998).
A utilização de modelos fotoquímicos permite o estudo de episódios de elevadas concentrações de
ozono que se verificam em várias situações típicas.
Tal como diversos estudos e medições indicam, ocorrem com frequência importantes episódios de
elevadas concentrações de ozono no interior de Portugal (e.g. Harder et al., 2001).
Estes episódios, são por vezes analisados, de uma forma simplista, como massas de ar poluído
transportado para o interior, deverão, no entanto ser alvo de uma análise mais complexa, utilizando
um modelo fotoquímico. Deve ser considerado o efeito da mistura de plumas ricas em NOx e COV
de origem antropogénica com as emissões que estas massas de ar recebem durante o seu percurso
para o interior, nomeadamente as emissões de COV provenientes de emissões biogénicas. Também
deve ser considerada a possibilidade destes episódios estarem correlacionados com recirculação de
massas de ar causando um aumento da concentração dos poluentes na linha de costa.
As plumas ricas em NOx e COV provenientes da linha de costa devem-se ao facto de em Portugal as
maiores áreas industriais e urbanas estarem localizadas ao longo da costa.
As emissões biogénicas tem de ser consideradas pois os COV de origem biogénica, nomeadamente,
o isopreno, os monoterpenos e os seus produtos de oxidação estão envolvidos na química da
troposfera, provocando a produção de poluentes e gases com efeito de estufa, tais como ozono,
monóxido de carbono e metano, e aumentando a acidez assim como a produção de aerossóis
(Kesselmeier, 1999, Atkinson and Arey, 2003). Inventários de emissões na Europa mostram que as
emissões de COV na área do mediterrâneo são dominadas, durante o Verão, pelas emissões das
florestas (Simpson et al., 1999).
Na costa portuguesa a brisa marítima é comum durante o período de Verão e desenvolve-se até uma
altura de 500 a 800 metros na direcção noroeste com a introdução das massas de ar do continente
nas altitudes mais elevadas (Coutinho, 1995). Durante os períodos dominados por está recirculação
local é comum observar um aumento nas concentrações de poluentes ao longo de vários dias,
ocorrendo quebra da recirculação quando há alteração das condições meteorológicas que provocam
a entrada de nova massa de ar proveniente do Atlântico e consequente decréscimo das
concentrações de poluentes (Evtyugina, 2004).
O âmbito do presente trabalho é analisar como é que as emissões de hidrocarbonetos biogénicos e
as emissões antropogénicas de NOx e COV influenciam o ozono fotoquímico durante o transporte
da massa de ar assim como compreender a importância das concentrações iniciais de NOx e COV na
massa de ar proveniente da linha de costa.
O estudo aqui realizado pretende ser um contributo para uma melhor compreensão da influência dos
diferentes parâmetros de entrada num modelo fotoquímico de trajectória. Os resultados não devem
ser interpretados em termos absolutos e quantitativos, mas sim em termos qualitativos e
informativos.
Método
Domínio e período de aplicação
O domínio seleccionado para a aplicação do estudo está compreendido entre o meridiano 136, a
Oeste, e o meridiano 232 a Este e entre o paralelo 440, a Norte, e o paralelo 370 a Sul (sistema de
coordenadas Gauss-Elipsóide Internacional-Datum de Lisboa), englobando uma área de 6720 km2,
Figura 1.
N
FEIR A
CA S T R O D'A IR E
AR OU C A
OV A R
VILA N O V A D E P AIV A
VA L E D E C A M B RA
SA O P E D RO D O S UL
O LIV E IR A DE A ZE M EIS
SA TA O
ES TA R RE J A
MU R TO S A
SE V E R D O V OU GA
AL B ER G A R IA- A -V E LH A
VIS E U
VO UZ E L A
AV E IRO
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O LIV E IR A DO B A IRR O
VA G O S
MIR A
CA N T A NH E DE
PE N A LV A D O C A ST EL O
AG UE D A O LIV E IR A DE FR AD E S
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MA N G U A LD E
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CA R RE GA L D O S A L
AN A DIA
MO RT AG UA
ME A L HA D A
OLIV E IR A DO H OS P ITA L
SA N T A CO M B A DA O
SE IA
TAB U A
PE N A CO VA
MO NT EM O R- O -VE L HO
COIM B R A
AR GA N IL
FIG UE IR A D A FO Z
Figura 1: Representação do domínio do estudo, interior do rectângulo, salientando os concelhos
abrangidos.
Para realização do estudo foi seleccionado um dia característico de brisa marítima. O dia 14 de
Agosto de 1996 foi escolhido pois durante este período ocorreu uma campanha de medição de
poluentes nas florestas portuguesas, integrado no Projecto AEROBIC (Aerosols formation from
biogenic organic carbon). O projecto AEROBIC envolveu uma campanha com medições de COV,
tais como aldeídos e outros carbonílos simultaneamente em Anadia e Tábua. Estes locais foram
seleccionados pois estão em linha com as massas de ar provenientes da brisa marítima e Anadia está
situada na entrada da floresta de Eucaliptus enquanto que Tábua por sua vez está colocada à saída
da floresta. Para o período seleccionado existem medições do perfil vertical das variáveis
meteorológicas e concentrações de ozono, NOx e VOC realizadas num local próximo da linha de
costa. A análise da evolução da concentração de ozono durante o período de 13 a 18 de Agosto de
1996 permite verificar que o aumento da concentração de ozono em Tábua estava associado com o
aumento da concentração de ozono em Aveiro, Figura 2. A radiação teve um padrão de variação
constante não sendo deste modo o parâmetro responsável pelo aumento verificado nas
concentrações de ozono. Durante este período, as massas de ar que chegaram a Tábua eram
provenientes da linha de costa.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
UT (dia)
Radiação (W.m-2)/10
O3 ppbv- Tábua
O3 ppbv- Aveiro
Figura 2: Evolução da concentração de ozono e da radiação medidos em Tábua e da concentração de
ozono medida em Aveiro no período de 13 a 18 de Agosto de 1996.
A selecção do dia 14 teve, também, em consideração o facto de ter sido um dia sem nebulosidade.
Este facto é importante pois as constantes de fotólise introduzidas nos mecanismos químicos eram
função do ângulo zénite e não consideravam a nebulosidade existente.
O domínio e o período seleccionados permitiram a comparação dos resultados obtidos por aplicação
do modelo com valores reais obtidos por medição directa.
Modelo fotoquímico de trajectória
O modelo adoptado é do tipo Lagrangeano. O modelo considera uma camada, que recebe as
emissões de poluentes e permite a remoção na superfície. A altura da camada de mistura é mínima
durante o período nocturno e expande-se durante o dia até atingir um máximo no final da tarde. A
altura máxima e mínima da camada de mistura foram obtidas com base nos dados de
radiosondagem realizados no dia 14 de Agosto de 1996 em Tábua. O valor para altura mínima de
camada de mistura utilizado foi de 300 metros e o valor máximo de altura de mistura considerado
foi de 700 metros, valor obtido com base na análise efectuada para dias com condições semelhantes
de temperatura à superfície.
O desenvolvimento químico da espécie, i, na parcela de ar, em termos de variação da concentração
com o tempo é descrito por um conjunto de equações diferenciais do tipo:
dCi
E
V
= i + Pi − Li Ci − d Ci
dt
hmix
hmix
Ci representa a concentração da espécie i; Ei, a taxa de emissão da espécie i por unidade de área e
tempo; hmix, representa a altura da camada de mistura; Pi, representam a taxa de produção e
destruição da espécie i, respectivamente e Vd é o termo que representa a velocidade de deposição
seca.
Neste estudo foi aplicado um modelo fotoquímico de trajectória. O modelo fotoquímico foi aplicado
com um mecanismo simples (CB4- Carbon Bond IV, (Gery et al, 1989)) e com um mecanismo
explícito (MCM- Master Chemical Mechanism (Jenkin et al., 1997)).
O modelo foi integrado numericamente com o “software” de modelação de reacções químicas e
transporte FACSIMILE (Curtis, A. R. e Sweetenham, W. P. 1987).
Trajectória
A trajectória é calculada com base no princípio de cálculo de trajectória inversa, “backward
trajectory”, ou seja, com base na definição do ponto de chegada da massa de ar. A metodologia
aplicada é simplista pois não existem dados disponíveis da velocidade do vento, que permitam
realizar uma análise mais aprofundada. Foi considerada a componente horizontal da direcção e
velocidade do vento, os dados utilizados foram os obtidos em Aveiro para o dia em estudo, (os
dados da velocidade do vento são relativos à altura de 10 metros e os da direcção à altura de 30
metros).
No caso específico, o ponto inicial do cálculo definido é Tábua, e com o conhecimento da direcção
e velocidade do vento em cada momento é determinado o ponto imediatamente anterior para o
intervalo de tempo definido. O ponto final da trajectória “backward” é definido como o ponto
associado ao momento em que a massa de ar passa para além da linha de Costa, vide Pinho, P.
(2001).
Para o presente estudo consideram-se 10 diferentes trajectórias, com intervalos de tempo de 30
minutos, vide Figura 3.
Figura 3: Representação gráfica das trajectórias das massas de ar.
Inventário de emissões biogénicas
Foi realizado o inventário das emissões de isopreno e monoterpenos no domínio em estudo. Apenas
foram consideradas as emissões destes dois compostos biogénicos pois os mecanismos químicos
utilizados não consideram outros compostos de origem biogénica.
As taxas de emissão de isopreno são fortemente dependentes da temperatura da folha e,
especialmente, da intensidade da radiação PAR (photosynthetically active radiation) (e.g Guenther
et al., 1995). As taxas de emissão de monoterpenos são usualmente consideradas como
independentes da radiação, pois são compostos armazenados, após síntese, em órgãos especiais tais
como glândulas ou canais de transporte de resina (Monson et al.; 1995) possuindo uma capacidade
de armazenamento muito superior às taxas de emissão.
Para uma descrição matemática da dependência das emissões de isopreno face à temperatura e
radiação são utilizados algoritmos empíricos. Para o isopreno, o algoritmo utilizado neste estudo foi
o proposto por Guenther et al. (1993). Para as emissões de monoterpenos, o algoritmo utilizado foi
o proposto por Tingley et al. (1980).
O inventário das emissões biogénicas para o domínio em estudo foi realizado utilizando Cartas de
Ocupação do Solo, fornecidas pelo Centro Nacional de Informação Geográfica (CNIG).
Para o domínio foram utilizados 41 Cartas de Ocupação do Solo, elaboradas à Escala 1:25000 e
referentes ao período compreendido entre 1995 e 1998.
As classes de uso do solo abrangem seis tipos diferentes de utilização do solo: Florestal; Agrícola;
Inculto; Improdutivo; Social; Superfícies aquáticas. A nomenclatura da Carta de Ocupação do Solo
permite uma grande variedade de combinações entre os vários tipos de cobertura, totalizando mais
de oitocentos tipos diferentes de ocorrências.
A informação espacial por polígono foi transformada em informação espacial numa grelha com
dimensão de 100 por 100 metros. Com uma grelha desta dimensão pouca informação é perdida na
conversão (Pinho, P. 2001).
A cada código corresponde um dado uso do solo e a cada uso do solo foi atribuído um factor de
emissão de isopreno e monoterpenos. Para usos do solo não contendo espécies vegetais foi atribuído
o valor nulo de emissões, para todos os outros tipos de uso de solo foram obtidos factores de
emissão, para diferentes espécies vegetais, disponíveis na bibliografia (Pio et al., 1993;
Kesselmeier et al., 1999; Simpson et al., 1999).
A cada célula 100x100 metros foi atribuído um valor de emissão mássico por unidade de área e
unidade de tempo (µg.m-2.h-1) para as condições standard (TS = 30 ºC e PAR = 1000 µmol m-2 s-1).
Os factores de emissão existentes são, em regra geral, fornecidos por espécie vegetal. No entanto as
classes de uso do solo atribuídas pelo CNIG envolvem junção de diferentes espécies vegetais e
percentagem de coberto vegetal e espécie dominante. Assim para determinar o factor de emissão
associado a uma dada classe de uso do solo são tidas em conta as diferentes espécies vegetais
existentes, a dominância de uma dada espécie e ainda o grau de coberto vegetal existente.
Para a utilização da informação, emissões de biogénicos, no algoritmo de cálculo foram utilizadas
células de dimensão 2x2 quilómetros para não tornar o modelo demasiado dispendioso em termos
de tempo de corrida.
A principal localização das emissões de isopreno verifica-se estar associada principalmente à
espécie vegetal Eucalyptus globulus, predominante numa faixa centro sul do domínio. As emissões
de monoterpenos localizam-se principalmente na zona de pinhal, sudoeste do domínio e região
nordeste, distrito de Viseu, vide Figura 4.
N
N
Freguesias
Isopreno (ug.m-2.h-1)
0 - 1026
1027 - 2052
2053 - 3079
3080 - 4105
4106 - 5132
5133 - 6158
6159 - 7185
7186 - 8211
8212 - 9238
No Data
Freguesias
Monoterpenos (ug.m-2.h-1)
0 - 350
351 - 700
701 - 1100
1101 - 1400
1401 - 1750
1751 - 2050
2051 - 2500
2501 - 5000
5001 - 6362
No Data
Figura 4: Emissões mássicas de isopreno e monoterpenos (µg.m-2.h-1) para o domínio em estudo, para as
condições standard (TS = 30 ºC e PAR = 1000 µmol m-2 s-1).
Inventário das emissões dos transportes rodoviários
Foram realizados inventários de emissões de NOx e COV provenientes do tráfego automóvel.
Usualmente duas metodologias principais são utilizadas para obter as emissões espaciais e
temporais: “top-down” and “bottom-up” (Borrego et al., 1999). Neste estudo as emissões de tráfego
foram obtidas primeiro pela metodologia “bottom–up” e depois ajustados com os dados do
CORINAIR, 1992, utilizando a análise “top-down”.
A metodologia “bottom-up” aplicada, parte da identificação das principais vias de tráfego,
processadas como fontes em linha. As emissões são calculadas com base em factores de emissão,
tráfego médio diário e comprimento da via. As principais vias e os postos de contagem de tráfego
utilizados fazem parte da base de dados da Junta Autónoma de Estradas (JAE).
Os factores de emissão foram obtidos com a metodologia proposta no COPERT III (Ntziachristos et
al, 2000). Foram consideradas 4 classes de veículos e 4 classes de vias assumindo uma velocidade
média para cada classe.
As emissões para cada segmento de via foram calculadas com base nos factores de emissão, número
e tipo de veículos e comprimento do troço:
As emissões obtidas pelo processo “bottom-up” anteriormente descrito foram comparadas com as
obtidas por Tchepel (1997), aplicando uma metodologia “top-down” com base no consumo de
combustível por unidade territorial (NUT III). Para o NOx, as emissões determinadas pelos dois
processos foram muito próximas considerando-se, para aplicação no modelo, as emissões obtidas
directamente pelo processo “bottom-up”. No caso dos COVs, as emissões obtidas foram
aproximadamente metade e optou-se por fazer uma correcção das emissões obtidas pelo processo
“bottom-up” com as emissões obtidas pelo processo “top-down”, vide Figura 5.
Esta metodologia é de difícil aplicação e com grande incerteza associada à falta de postos de
contagem de tráfego. No entanto parece mais razoável do que uma abordagem apenas “top-down”,
que tem em conta apenas o consumo de combustíveis por unidade territorial (NUT III). Com a
aplicação desta metodologia, os fluxos de emissão coincidem com os principais eixos rodoviários.
Vias Tráfego
Freguesias
NOx(ug.m-2.h-1)
0 - 50
50 - 95
95 - 143
143 - 190
190 - 238
238 - 286
286 - 333
333 - 381
381 - 430
No Data
N
N
Vias Tráfego
Freguesias
COV(ug.m-2.h-1)
0 - 12
12 - 24
24 - 37
37 - 49
49 - 61
61 - 74
74 - 86
86 - 99
99 - 111
No Data
Figura 5: Emissões mássicas de NOx e COV (µg.m-2.h-1), por fontes móveis, para o domínio em estudo.
Inventário das emissões industriais
Os dados de emissões móveis utilizados são os obtidos com base nos dados do CORINAIR 1990
para fontes em área (Tchepel, 1997); corrigidos para 1995 (os dados mais recentes e próximos do
dia que se pretende modelizar) com base no aumento das emissões de NOx e COVs para o ano de
1995 e acrescentadas as fontes pontuais para o domínio em questão. No domínio apenas são
identificadas 6 fontes pontuais.
As principais emissões industriais de COVs e NOx situam-se na zona Litoral do domínio, a zona
mais desenvolvida económica e industrialmente, vide Figura 6.
#
Coord. Font Pont.
Freguesias
NOxind(ug.m-2.h-1)
0 - 100
101 - 200
201 - 400
401 - 600
601 - 800
801 - 1000
1001 - 10000
10001 - 20000
20001 - 29544
No Data
N
#
#
#
Figura 6: Emissões mássicas de NOx e COVs (µg.m-2.h-1) por fontes industriais, para o domínio em
estudo; os pontos correspondem às fontes pontuais.
Concentrações iniciais
As concentrações iniciais de COV utilizadas foram de Pio et al. (1999). As concentrações iniciais
das espécies O3, NO, NO2 e SO2 utilizadas, são as obtidas com base nas medições realizadas no ano
de 1997 em Sarrazola, Cacia, integradas no projecto MEDFLUX (Quantification of dry deposition
fluxes over Mediterranean type ecosystems). As concentrações iniciais de CO, CH4, HNO3, H2,
HONO e H2O2 foram as típicas para uma atmosfera marítima, vide Pinho, P (2001).
Resultados
Os modelos contendo os diferentes mecanismos químicos foram aplicados para simulação de uma
situação real: previsão da formação de poluentes fotoquímicos no dia 14 de Agosto de 1996, para as
massas de ar provenientes da Costa e que atingem o concelho de Tábua. Embora a influência da
brisa marítima se desenvolva a partir do final da manhã, as massas de ar provenientes da Costa só
atingem Tábua no período compreendido entre as 15h 30 min e as 20h (UT). Para o presente estudo
consideram-se 10 diferentes trajectórias.
O poluente secundário, considerado mais importante, formado por poluição fotoquímica é o ozono.
A análise da Figura 7 permite a comparação entre os valores de ozono medidos em Tábua no dia 14
de Agosto de 1996 e os valores modelizados no presente estudo com base nos mecanismos
químicos CB4 e MCM v2.
Os valores de concentração de ozono medidos em Tábua são inferiores aos modelizados, quer
utilizando um mecanismo químico mais complexo, MCM v2, quer utilizando o mecanismo químico
mais simples, CB4. Verifica-se que o perfil de variação de concentração de ozono com o tempo
obtido por modelização é semelhante ao perfil obtido pelos valores de concentração medidos. Os
resultados obtidos pela aplicação dos mecanismos químicos MCM2 e CB4, quando comparados
com os valores medidos, apresentam uma variação na ordem dos 10 a 15 ppbv, cerca de 20 a 30%
superiores aos valores obtidos por medição directa.
90
Concentração (ppbv)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
15
16
17
18
19
20
UT (hora)
CB4
MCM2
Medido
Figura 7: Variação da concentração de ozono em Tábua ao longo do dia 14 de Agosto de 1996. Valores
medidos e valores modelizados com o mecanismo CB4 e MCM v2.
Estudo de Sensibilidade à Variação das Emissões de Hidrocarbonetos Biogénicos
Os COV de origem biogénica, especialmente o isopreno, têm um interesse crescente devido à sua
contribuição para o balanço global de carbono e o seu potencial impacto na formação de ozono rural
(e.g. Saunders et al., 2003). Por forma a contabilizar a importância das emissões de isopreno e o
efeito de possíveis erros nas taxas de emissão, vários cenários foram analisados utilizando um
modelo de caixa.
Devido às incertezas associadas aos factores de emissão, à densidade de biomassa e ao algoritmo de
Guenther, os dados das emissões biogénicas obtidos não permitem um elevado grau de certeza
relativa ao inventário realizado. Simpson et al. (1999) refere um factor de imprecisão de 5 num
inventário de emissões biogénicas.
Assim, tendo em conta o âmbito do presente estudo, é realizada uma análise de sensibilidade à
influência da variação das emissões de hidrocarbonetos biogénicos na formação de ozono. Nesta
análise é considerado apenas um tempo de chegada da massa de ar a Tábua às 16 horas e 30
minutos, pois esta trajectória representa o valor máximo de concentração de O3 obtido. Neste estudo
de sensibilidade são comparados diferentes cenários com o cenário designado por cenário “base”
constituído pelos dados obtidos no inventário. São considerados 5 cenários para as emissões de
hidrocarbonetos biogénicos, vide Tabela 1.
Tabela 1: Factor multiplicativo das emissões de hidrocarbonetos biogénicos para diferentes cenários,
relativamente ao cenário “base”.
Designação dos cenários
0xBiogénicas 1/5xBiogénicas 1/2xBiogénicas 2xBiogénicas 5xBiogénicas
Factor multiplicativo
0
1/5
1/2
2
5
A análise da Figura 8 permite verificar que os resultados obtidos, em termos de concentração de
ozono em Tábua, estão directamente relacionados com as emissões de hidrocarbonetos biogénicos.
Verifica-se uma variação na formação de ozono, relativamente ao cenário “base”, cerca de 10 a
30% para um factor multiplicativo das emissões igual a 5, factor de imprecisão nos inventários de
emissões biogénicas (Simpson et al., 1999), dependendo do mecanismo químico utilizado. A
variação percentual da formação de ozono é comparativamente inferior para o mecanismo químico
CB4 relativamente ao MCM v2. A simulação efectuada considerando a inexistência de emissões
biogénicas durante todo o percurso descrito pela massa de ar resultou em concentrações de ozono
inferiores em cerca de 18% para o caso do mecanismo MCM v2 e de 9% com a utilização do
mecanismo CB4. É de salientar que esta simulação está sujeita às condições iniciais e de emissão de
NOx e COVs consideradas.
Ozono - Tábua
100
ppbv
80
60
40
20
0
MCM2
CB4
0xBiog
1/5xBiog
1/2xBiog
Base
2xBiog
5xBiog
57,3
69,2
60,3
70,9
64,3
73,2
69,8
76,1
77,6
80,4
86,5
86,5
Figura 8: Resultados obtidos no estudo de sensibilidade às emissões de hidrocarbonetos biogénicos,
relativamente à concentração de ozono obtida em Tábua.
Estudo de Sensibilidade à Variação das Concentrações iniciais de COVs e NOx
Considerando a incerteza existente relativamente aos valores de entrada no modelo, para as
concentrações de fundo, este estudo de sensibilidade tem como objectivo averiguar a importância
destes parâmetros, em termos quantitativos, na produção de ozono. Para analisar o efeito das
concentrações iniciais foram considerados 6 cenários, vide Tabela 2. O teste de sensibilidade foi
realizado para a massa de ar chegada a Tábua às 16 horas e 30 minutos.
Tabela 2: Factor multiplicativo da concentração de fundo de COVs e NOx para diferentes cenários,
relativamente ao cenário “base”.
COVs
NOx
0x
0
0
1/2x
1/2
1/2
Designação dos cenários
1/2xNOx
1/2xCOV
1
1/2
1/2
1
2xNOx
1
2
2xCOV
2
1
A análise da Figura 9 permite verificar, em termos de concentração de ozono em Tábua, que apenas
o cenário em que a concentração de COVs inicial é duplicada e a concentração de NOx mantida
constante se verifica um acréscimo da produção de ozono relativamente ao cenário “base”. A
duplicação de um destes parâmetros, concentrações de COVs ou NOx, originou uma variação
máxima na ordem dos 20%. Tendo em consideração que é possível que as concentrações iniciais de
NOx e COVs introduzidas no modelo tenham sido um pouco elevadas, o teste de sensibilidade
também englobou a redução destas concentrações iniciais para metade, relativamente ao cenário
base, e mesmo para um valor nulo de concentração. A consideração da concentração inicial de NOx
e COVs nula, originou um decréscimo na produção de ozono de cerca de 30 a 35% e no caso de a
redução ser para metade, este decréscimo varia entre 10 a 15% dependendo do mecanismo químico
utilizado.
Ozono - Tábua
100
ppbv
80
60
40
20
0
MCM2
CB4
0x
1/2x
1/2xNOx
1/2xCOV
Base
2xNOx
2xCOV
47,8
48,5
62,3
64,7
67,2
70,7
61,7
66,8
69,8
76,1
60,3
67,6
81,3
87,2
Figura 9: Resultados obtidos no estudo de sensibilidade às concentrações de fundo de COVs e NOx,
relativamente à concentração de ozono obtida em Tábua.
A utilização dos valores de concentração de NOx duplicados, em relação ao cenário “base” leva a
uma diminuição na formação de ozono. Tal pode-se justificar pela competição da reacção do NO2
com o radical hidróxilo e da oxidação dos COVs também pelo radical hidróxilo, a primeira dando
origem normalmente a uma diminuição da formação de ozono e a segunda dando origem à
formação de ozono (Seinfeld and Pandis, 1998).
Estudo de Sensibilidade à Variação das Emissões Móveis de COVs e NOx
Por forma a analisar a importância do parâmetro emissões móveis, em termos quantitativos, na
produção de ozono, foi realizada uma análise de diferentes cenários de emissões móveis de NOx e
COVs.
Tal como no estudo de sensibilidade aplicado aos hidrocarbonetos biogénicos, neste estudo é
utilizado o tempo de chegada da massa de ar a Tábua às 16 horas e 30 minutos. Foram considerados
4 cenários para as emissões móveis, vide Tabela 3.
Tabela 3: Factor multiplicativo das emissões móveis de COVs e NOx para diferentes cenários,
relativamente ao cenário “base”.
COVs
NOx
1/2xNOx
1
1/2
Designação dos cenários
1/2xCOV
2xNOx
1/2
1
1
2
2xCOV
2
1
A análise da Figura 10 permite verificar, pelos resultados obtidos, que para todos os cenários a
variação da concentração de ozono em Tábua é muito reduzida. A variação na formação de ozono
relativamente ao cenário “base” é inferior a 3,5%, independentemente do cenário e do mecanismo
químico utilizado.
Os resultados obtidos indicam que uma melhoria do inventário de emissões móveis não deverá ter
um papel significativo perante a trajectória da massa de ar considerada, não coincidente com os
maiores eixos rodoviários.
Ozono - Tábua
100
ppbv
80
60
40
20
0
MCM2
CB4
1/2xNOx
1/2xCOV
Base
2xNOx
2xCOV
69,6
74,2
69,5
76,0
69,8
76,1
68,2
78,1
70,4
76,4
Figura 10: Resultados obtidos no estudo de sensibilidade às emissões móveis de COVs e NOx,
relativamente à concentração de ozono em Tábua.
Conclusão
Os resultados obtidos por modelação, em termos do perfil de variação da concentração do ozono,
comparados com os valores medidos, ao longo do tempo para o local em questão, apresentam
bastante semelhança. No entanto esta variação é importante uma vez que se trata de valores de
concentração que se encontram no intervalo de incerteza associado ao risco na saúde dos seres vivos
e efeitos nos bens materiais definidos pela OMS.
Um inventário de emissões biogénicas mesmo com o factor de imprecisão máximo previsto nos
inventários de emissões biogénicas (Simpson et al., 1999), ainda permite prever com algum grau de
certeza a concentração de ozono.
Uma deficiente introdução dos dados de entrada relativos aos parâmetros NOx e/ou COVs, nas
condições de emissão destes compostos consideradas, origina erros consideráveis na determinação
da concentração de ozono ao longo do percurso considerado.
As emissões móveis, na simulação em questão, e para as condições de emissão de hidrocarbonetos
biogénicos e concentrações iniciais consideradas, apenas originam uma variação reduzida na
formação de ozono.
Tendo em consideração as reduzidas concentrações de poluentes provenientes do oceano e as
reduzidas taxas emissão de origem antropogénica registadas ao longo do percurso das massas de ar,
brisa marítima, os episódios de poluição fotoquímica que se verificam todos os anos nas trajectórias
destas massas, deverão ter origem no aumento das concentrações de fundo dos poluentes à entrada
da costa. Se as massas de ar provenientes da brisa marítima possuírem sempre concentrações de
fundo muito próximas, é de esperar que as concentrações de ozono sejam também próximas, num
mesmo local e horário do trajecto das massas de ar, desde que as condições meteorológicas e de
emissão de poluentes sejam semelhantes. No entanto, verifica-se sempre que a ocorrência destes
episódios é acompanhada do aumento das concentrações de ozono ao longo de vários dias, para
condições meteorológicas e de emissão semelhantes. Este crescimento da concentração de ozono ao
longo dos dias deve ser explicado pelo aumento das concentrações de fundo, o que sustenta uma
teoria de recirculação de ar. O ar recirculado vai ficando mais poluído de dia para dia, aumentando
as concentrações de fundo dos poluentes, nomeadamente NOx e COVs, à entrada da Costa,
implicando naturalmente uma maior formação de ozono ao longo do dia de dia para dia enquanto
este fenómeno de recirculação se verificar.
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