PERFIL VERTICAL DE NO E O3 TROPOSFÉRICOS SOBRE CUBATÃO E SÃO
PAULO
Manoel F. Cardoso, Fátima Andrade
Dep. de Ciências Atmosféricas
Inst. Astronômico e Geofísico - USP
Abstract
Production and transport of ozone, the main component of photochemical air pollution,
were studied at Cubatão and São Paulo Metropolitan Area using a Eulerian grided-based air
quality model. The period, from 16 to 19 February 1989, was chosen because of available
vertical meteorological data provided by a field campaign and no track of cold fronts over
the modeled area. Emissions data were extracted from the local environmental protection
agency (CETESB). The modeling region was divided into a 5 km horizontal resolution
grided area with five variable tickness levels reaching 1100 m from the ground. This paper
focuses on time and spatial characteristics of calculated vertical profiles of ozone and nitric
oxide and their relationship.
1. Introdução
Oxidantes fotoquímicos é a denominação dada à mistura de espécies químicas que não
são emitidas diretamente na atmosfera, mas formadas através de reações químicas que
ocorrem devido à ação da radiação solar sobre compostos orgânicos e óxidos de nitrogênio.
O grau de intensidade deste fenômeno é normalmente associado à concentração de ozônio,
devido à sua maior proporção entre esses oxidantes (EPA, 1997). Sua presença na
troposfera pode ser prejudicial a saúde dos seres humanos, animais e plantas (EPA, 1997;
Harkema et al., 1997 e Saldiva, 1996), e também pode ser importante para o clima terrestre
através de sua influência sobre o efeito-estufa, aumentando a absorção e reemissão da
radiação proveniente do Sol (Houghton et al., 1995). O ciclo básico de produção e consumo
de ozônio na troposfera conforme Seinfeld (1986) e Finlanyson-Pitts e Pitts (1986) pode ser
representado de maneira simplificada pelas reações abaixo.
O ozônio (O3) é formado pela disponibilidade de oxigênio atômico (O) proveniente da
fotólise do dióxido de nitrogênio (NO2):
NO2 + hν
O + O2 →
→
NO + O
; hν - energia da radiação ultravioleta incidente
O3
Sendo consumido principalmente na reação com o NO:
O3 + NO
→
NO2 + O2
Porém, outras reações que ocorrem sob a luz solar onde participam radicais livres e
compostos orgânicos, podem promover a conversão do óxido nítrico (NO) em dióxido de
nitrogênio sem consumo de O3 (Fynlayson-Pitts e Pitts, 1986; Seinfeld, 1986, e Graedel e
Crutzen, 1993). Isso pode favorecer o aumento da concentração de O3 através da maior
disponibilidade de NO2 e também competindo com a reação acima, que representa o
principal fator de consumo de ozônio.
Como essas reações químicas acontecem na atmosfera, as variáveis meteorológicas
também são importantes. Neste trabalho é discutido o efeito das condições de mistura
vertical da atmosfera (representada pela altura da camada de mistura) sobre o perfil de
concentração do O3 e do NO.
Através da utilização do modelo fotoquímico CIT (Russel et al., 1988, Harley et al.,
1993, e McNair et al., 1996), que leva em conta as emissões, reações químicas e variáveis
meteorológicas, foi possível estudar a variação da concentração do O3 e NO em níveis
acima da superfície em Cubatão e Região Metropolitana de São Paulo. Nestas regiões há
falta de dados sobre o perfil vertical de concentrações de poluentes, e também a emissão de
gases precursores de poluentes fotoquímicos é intensa.
2. Dados e Metodologia
O período de estudo, entre os dias 16, 17, 18 e 19 de fevereiro de 1989, foi escolhido
devido à disponibilidade de dados verticais e ausência de frentes frias sobre a região
estudada, delimitada pelos paralelos 22.9° N, 24.2° S, 48° E e 45° O, conforme mostra a
figura 2 abaixo.
Os dados meteorológicos utilizados (temperatura ambiente, umidade relativa, velocidade
e direção do vento, pressão atmosférica e cobertura de nuvens) foram medidos pela estação
climatológica do Instituto Astronômico e Geofísico (IAG), rede telemétrica da Companhia
de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo (CETESB) e no Experimento
Meteorológico III do Projeto Meteorologia com Radar em São Paulo, realizado pelo
Departamento de Ciências Atmosféricas do IAG/USP. Durante este experimento foram
lançados balões-piloto a cada três horas (início às 21 GMT) em cinco localidades (Franco
da Rocha, São Roque, Santa Isabel, Embu-Guaçu e Ponte Nova) e uma radiossonda a cada
seis horas (início às 00 GMT) no Aeroporto de Congonhas.
Os dados referentes às emissões de espécies químicas precursoras de oxidantes
fotoquímicos (óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos) pelas indústrias em Cubatão e pelos
automóveis em São Paulo são provenientes da CETESB.
A grade computacional aplicada sobre a região de estudo foi dividida horizontalmente
em 60 pontos na direção X (Leste-Oeste) e 28 pontos na direção Y (Norte-Sul), com
espaçamento de 5 km. Na direção vertical a região foi dividida em 5 níveis com topos em
38, 154, 308, 671 e 1100 metros acima do solo.
Os valores de concentração utilizados como condições de contorno foram extraídos de
Lazutin et al. (1996) e Winner et al. (1995), referentes a atmosferas afastadas de centros
urbanos e industriais. São eles, em unidades de ppbv: NO2 0.5, NO 0.3, O3 10.0,
formaldeído 3.0, outros aldeídos 5.0 e cetonas 4.0. Para evitar o efeito das condições
iniciais, os resultados analisados descartam o primeiro dia de simulação. Além das
informações acima, uma descrição detalhada sobre a metodologia utilizada pode ser vista
em Cardoso (1998).