AVALIAÇÃO
DA
POLUIÇÃO
ATOMOSFÉRIA EM CURITIBA COM A
UTILIZAÇÃO
DE
MODELOS
ESTATÍSTICOS
DOUTORADO EM
ENG. FLORESTAL
UFPR
PAULO RICARDO B. GUIMARÃES
ORIENTADOR: Prof RICARDO BERGER
RESUMO
A POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA NA CIDADE DE CURITIBA
POUCAS VEZES RECEBE DESTAQUE NA MÍDIA, FAZENDO
COM QUE A POPULAÇÃO POUCAS VEZES MANIFESTE
PREOCUPAÇÃO SOBRE O ASSUNTO. NO ENTANTO, APESAR
DOS RESPONSÁVEIS PELO MONITORAMENTO AFIRMAREM
QUE EM 90% DAS MEDIÇÕES A QUALIDADE DO AR SEJA
BOA, ISTO NÃO SIGNIFICA QUE A POPULAÇÃO ESTEJA
LIVRE DOS SEUS EFEITOS. ESTE TRABALHO TEM COMO
OBJETIVO PROPOR UMA METODOLOGIA DE MODELAGEM
DO FENÔMENO DA POLUIÇÃO APLICÁVEL AO CASO DA
CIDADE DE CURITIBA.
A POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Sempre existirá na atmosfera, em qualquer ponto, uma
"mistura de gases". No entanto, essa mistura pode não
ser adequada à manutenção da vida em condições
ideais. É o que ocorre, por exemplo, quando o ar está
poluído. O problema básico da poluição do ar é a
existência de substâncias estranhas à composição do
meio, ou em quantidade muito elevada.
Entende-se como poluição do ar a mudança em sua
composição ou em suas propriedades, causada por
emissões de poluentes, tornando-o impróprio, nocivo
ou inconveniente à saúde, ao bem estar, à vida animal
e vegetal e, até mesmo, a alguns materiais.
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
A poluição ou contaminação do ar é provocada
principalmente por três tipos de emissões:
a) Gases resultantes da combustão nos motores de
veículos automotores, responsáveis por 40% da
poluição atmosférica nas grandes cidades;
b) Gases e material particulado lançados pelas chaminés
de indústrias, contendo as mais variadas espécies
químicas;
c) Queimadas e incineração de lixo doméstico e
industrial, responsáveis pela emissão de fumaça
contendo misturas de gases com as mais variadas
composições químicas.
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Os seres vivos precisam respirar contínua e
ininterruptamente. Não podemos escolher o ar que
respiramos ou trata-lo antes de ser utilizado, como no
caso da água. É possível passarmos várias horas sem
beber água, mas apenas alguns minutos sem ar são
suficientes para extinguir a vida em nosso planeta.
Além disso, é fundamental que ela seja de boa
qualidade. Por isso, as soluções indicadas para o
problema da poluição do ar devem ser sempre
dinâmicas e abrangentes. Medidas em áreas restritas
ou de efeito temporário, neste caso, têm pouca valia.
HISTÓRIA DA POLUIÇÃO DO AR
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Descoberta do fogo e queimadas
Desconforto do olfato
Máquina à vapor (1769)
Veículos automotores no séc. XX
Preocupação maior apenas recentemente,
depois de alguns acidentes com vítimas
(Bélgica, 1930, EUA, 1948, Londres, 1952,
Lago Nyos, 1986, Chernobil, 1986, etc)
POLUENTES ATMOSFÉRICOS
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
monóxido de carbono
ozônio
dióxido de enxofre
óxidos de nitrogênio
particulados
MATÉRIA PARTICULADA


Reduzir o PM10 - matéria particulada menor
que 10 micrômetros - poderia salvar até
300.000 vidas a cada ano, de acordo com a
OMS.
São responsáveis por um número maior de
hospitalizações de pessoas com problemas
respiratórios e um maior índice de mortalidade,
notadamente por doenças respiratórias e
cardiovasculares.
PARÂMETROS DA QUALIDADE DO AR

São as concentrações máximas de cada
poluente que podem existir na atmosfera sem
causar problemas à saúde das pessoas mais
sensíveis ou danos à flora, à fauna ou a
determinados materiais.
PARÂMETROS DA QUALIDADE DO AR



expressa em g/m3 : número de partes de poluente
para cada milhão de partes de ar;
os padrões de qualidade do ar são sempre
concentrações máximas de poluentes suportáveis por
um dado intervalo de tempo;
a qualidade do ar é avaliada por um número limitado
de poluentes, definidos em função de sua importância
e dos recursos materiais e humanos disponíveis.
Geralmente: dióxido de enxofre (SO2), material
particulado (MP), monóxido de carbono (CO), ozônio
(O3) e dióxido de nitrogênio (NO2);
PADRÕES DE QUALIDADE DO AR (PQAR)



define legalmente o limite máximo para a
concentração de um componente atmosférico
que garanta a proteção da saúde e do bem
estar das pessoas.
Portaria Normativa n.º 348 de 14/03/90
(IBAMA)
Padrões primários e secundários
ÍNDICE DE QUALIDADE DO AR
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
Constituído pelos seguintes parâmetros:
dióxido de enxofre, partículas totais em
suspensão, partículas inaláveis, fumaça,
monóxido de carbono, ozônio e dióxido de
nitrogênio
Para cada poluente medido é calculado um
índice. Através do índice obtido ar recebe uma
qualificação, que é uma espécie de nota.
ÍNDICE DE QUALIDADE DO AR
Qualidade
Índice
Boa
0 - 50
Regular
51 - 100
MP10
O3
(µg/m3) (µg/m3)
0 - 50
0 - 80
50 - 150 80 - 160
Inadequada 101 - 199 150 - 250 160 - 200
Má
Péssima
CO
NO2
SO2
(ppm)
(µg/m3)
(µg/m3)
0 - 4,5
0 - 100
0 - 80
4,5 - 9
100 - 320
80 - 365
9 - 15
320 - 1130 365 - 800
200 - 299 250 - 420 200 - 800 15 - 30 1130 - 2260 800 - 1600
>299
>420
>800
>30
>2260
>1600
a qualidade do ar é determinada pelo maior índice
COMPOSIÇÃO DO AR LIMPO*
(g/m3)
EFEITOS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA



o padrão de qualidade do ar não é um limite abaixo do
qual estamos absolutamente seguros e tampouco que
adoeceremos automaticamente caso o padrão seja
ultrapassado. Mas a probabilidade de adoecermos
aumenta.
especialmente para pessoas mais sensíveis a
poluentes, como crianças e idosos
vários estudos mostram que um aumento da
concentração de poluentes aumentam a mortalidade e
internamentos
CLASSIFICAÇÃO DE POLUENTES
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E ASPECTOS
ECONÔMICOS



por muito tempo, o meio ambiente foi
considerado dispensável como variável nos
modelos e teoria econômicas;
recentemente esse pensamento tem mudado,
alterando assim, alguns pressupostos das
teorias;
essas alterações visam captar a relação da
economia e meio ambiente.
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E ASPECTOS
ECONÔMICOS


a teoria da poluição, ramificação da economia
ambiental neoclássica, afirma existir um nível
ótimo de poluição, no qual a economia deveria
permanecer para maximizar a utilidade;
defende a poluição como variável, se em níveis
ótimos, é benéfica ao processo econômico
ECONOMIA E MEIO AMBIENTE
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Há dois modos de abordar o problema da
dispersão de poluentes: o teórico (utilizando-se
modelos matemáticos e estatísticos) e o
experimental (através de modelos físicos ou
estudos de campo).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA


Bakonyi (2000) relacionou os dados de
internamentos de crianças em Curitiba,
relacionadas à doenças respiratórias com as
concentrações de poluentes;
Braga et al (1999) mostraram que as médias
dos valores diários dos poluentes em cada
estação de monitoramento representam, de
forma adequada, os níveis médios dos
poluentes na cidade de São Paulo.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Saldiva e Singer (2001) apresentam modelos
estatísticos e ferramentas extremamente úteis
para resumir e interpretar dados que podem
facilitar a avaliação da forma e da intensidade
de associações de interesse em estudos
epidemiológicos.
O USO DE MODELOS DA POLUIÇÃO DE AR


Os modelos atmosféricos são, em termos
gerais, todo o procedimento matemático ou
estatístico, que resultar em uma estimação de
entidades ambientais da qualidade do ar;
Existe uma distinção entre modelos processoorientados e modelos estatísticos.
MODELOS ATMOSFÉRICOS


Orientados: são baseados na descrição dos processos
físicos/químicos: emissões, o transporte de
substâncias de um lugar a outro e a dispersão
atmosférica, a transformação química e a deposição;
Estatísticos: são ferramentas valiosas em estimar a
qualidade atual do ar por meio de interpolação e
extrapolação de dados de medição. Em particular, eles
podem facilitar a avaliação da forma e da intensidade
de associações de interesse em estudos
epidemiológicos.
MODELOS ESTATÍSTICOS

Se o objetivo é avaliar os efeitos da poluição
atmosférica sobre a saúde dos habitantes de grandes
centros urbanos, a variável resposta, nesses estudos,
geralmente é alguma contagem de eventos que
representam danos à saúde, como o número de óbitos
ou o número de internações por determinada causa
respiratória. A escolha da concentração de alguns
gases como NOx, SO2, CO ou material particulado
como candidatas a variáveis explicativas também é
bastante comum.
APLICAÇÕES TÍPICAS DE MODELOS DE POLUIÇÃO
ATMOSFÉRICA




Finalidades regulatórias: emitir licenças de emissão
de poluentes ou para estudos de impacto ambiental;
Sustentação da política: efeito de medidas de
redução tem que ser previsto pelos modelos;
Informação pública: A informação em tempo real ao
público será necessária a respeito da qualidade do
ar;
Pesquisa científica: descrição de efeitos dinâmicos
e a simulação dos processos químicos complexos
que envolvem poluentes do ar;
DESCRIÇÃO DOS MODELOS



MODELO DE REGRESSÃO LINEAR
MODELO LINEAR GENERALIZADO (GLM)
MODELO ADITIVO GENERALIZADO (MAG)
MODELO DE REGRESSÃO LINEAR

Um modelo bastante simples, amplamente
utilizado na análise desse tipo de dados, é o
modelo de regressão linear gaussiana. O
problema é que nem sempre as suposições de
normalidade e homocedasticidade dos erros
inerentes a esses modelos são satisfeitas.
MODELO LINEAR GENERALIZADO (MLG)

Foram primeiramente apresentados por Nelder
e Wedderburn e englobam os modelos de
regressão linear simples e múltipla, regressão
logística, regressão de Poisson e muitos
outros, como modelos log-lineares para dados
categorizados.
MODELO LINEAR GENERALIZADO (MLG)
- K valores independentes Y1, ..., YK, de uma variável
resposta que segue uma distribuição da família
exponencial, com valor esperado E(Yi) = μi;
- K vetores xi contendo os valores das p variáveis
explicativas;
- uma função monotônica e diferenciável g, chamada de
função de ligação, tal que g(μi) = xi’β, i=1, ..., K com β
= (β1 β2 … βp) representando o vetor de parâmetros a
serem estimados;
- O vetor de parâmetros β pode ser estimado pelo
método de máxima verossimilhança, e os cálculos
envolvem um procedimento iterativo.
MODELO ADITIVO GENERALIZADO (MAG)

uma extensão do modelo linear generalizado, em que o
termo xi‘β = Σj xijβj é substituído por Σfj(xij), com fj(xij)
denotando uma função não paramétrica (i.e. cuja forma
não é especificada) estimada através de curvas de
alisamento. A curva alisada permite então descrever a
forma, e mesmo revelar possíveis não linearidades nas
relações estudadas, uma vez que não apresenta a
estrutura rígida de uma função paramétrica.
DESCRIÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO
DADOS COLETADOS – ESTAÇÕES MANUAIS
ANO
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
STA CASA
PO
SO2
333
328
351
362
334
362
352
361
344
355
340
362
310
361
350
364
319
363
350
358
ESTAÇÃO
ARAUCÁRIA
ASSIS
SO2
SO2
327
350
362
362
362
362
354
360
357
354
344
362
359
360
365
364
364
364
364
353
SÃO SEBASTÃO
SO2
360
362
362
359
357
361
362
365
364
364
TOTAL
3695
3797
3781
3786
3768
3771
3755
3812
3779
3795
DADOS COLETADOS – ESTAÇÕES AUTOMÁTICAS
Estação:UEG
SO2
NO2
O3
período 2003-2006 2004 e 2006 2003-2006
n
947
251
1049
média
2,557
13,114
11,978
d.p.
2,610
8,626
4,997
PTS
-
PI
2004-2006
780
39,524
31,982
CO
2003-2006
1050
0,637
0,366
Estação: PARDINHO
SO2
NO2
O3
PTS
PI
CO
período 2002-2006 2003-2006 2002-2006 2003-2006 2003-2006 2002-2004 e 2006
n
1557
1096
1493
1026
1037
1058
média
3,133
17,604
14,114
37,024
27,709
1,429
d.p.
18,641
10,613
5,697
41,427
29,331
1,376
Estação: BOQUEIRÃO
SO2
NO2
O3
período 2001-2006 2001-2006 2001-2006
n
1161
1363
1177
média
1,775
10,836
14,289
d.p.
2,913
7,441
5,214
PTS
2004
244
38,681
34,199
PI
2004 e 2006
100
13,304
11,255
CO
2002-2006
1012
0,562
0,813