XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002
INTERPRETAÇÃO DOS GASES TRAÇOS MEDIDOS EM SÃO PAULO ATRAVÉS DAS TRAJETÓRIAS
DE PARCELAS DE AR
ODÓN R. SÁNCHEZ-CCOYLLO, PEDRO L. SILVA DIAS, MARIA DE FÁTIMA ANDRADE E
SAULO R. FREITAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS, INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E
CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
[email protected]
abstract
Backward trajectories have been calculated from June to August, 1999, in São Paulo using a three dimensional
kinematic trajectory model. The trajectories were obtained using the three components of wind velocity (u, v, w)
simulated by the Regional Atmospheric Modeling System Version 4.3-RAMS. Backward trajectories were classified
based on latitude and longitude trajectory at 12 h intervals (00 e 12 UTC) over four days. The robustness of the
analysis was assessed using an ensemble of back trajectories calculated for five points in the neighborhood of the
Metropolitan Area do São Paulo.
1. INTRODUÇÃO
O cálculo de trajetórias de parcelas de ar de chegada para uma determinada região (“backward trajectories”) tem
sido utilizado para a interpretação de fontes de espécies químicas (Cape et al., 2000; Longo, 1999). Neste trabalho é
apresentado o estudo para o monóxido de carbono (CO) e ozônio (O3) no inverno de 1999. Mais especificamente, o
objetivo deste trabalho é a análise da influência de fontes remotas de poluentes para a Região Metropolitana de São
Paulo através da análise das trajetórias de parcelas de ar que permitem a identificação da origem da massa de ar que
chega à RMSP.
2. METODOLOGIA
As trajetórias de parcelas de ar foram obtidas utilizando-se o “Modelo de Trajetória 3D Cinemática” desenvolvido
na Universidade de São Paulo (Freitas et al., 1996). Esse modelo utiliza o campo do vento horizontal (u,v) e vertical
(w), obtido por modelagem numérica da atmosfera, com o modelo Regional Atmospheric Modeling Sytem (RAMS) na
versão 4.3 (paralela) (Walko et al., 2000, Sánchez-Ccoyllo e Silva Dias, 2000; Silva Dias e Machado, 1997). Uma
classificação da análise de trajetórias foi desenvolvida neste trabalho para cada dia nos horários de 00 e 12 UTC. Para
cada horário foram calculadas 5 trajetórias de chegada em pontos definidos por um quadrado, centrado em São Paulo.
Se todas as 5 trajetórias originam-se mesma direção, então elas são agrupadas e esse dia classificado como dia “grupo”
(Cape et al.,2000.; Branko et al.,1998). Esses dias foram estudados com relação aos gases CO e O3 no período junho a
agosto de 1999.
3. DADOS
3.1 DADOS METEOROLÓGICOS
Foram utilizados os seguintes dados meteorológicos: campo de vento, temperatura, umidade relativa, altura
geopotencial e pressão ao nível do mar da análise do CPTEC de 6 em 6 horas com 1.875° de resolução horizontal.
Esses dados foram usados para a definição da condição inicial do downscaling para uma malha aninhada do modelo
RAMS. A malha de baixa resolução foi de 64 km e sua malha aninhada foi de 16 km. No processo de downscaling, o
RAMS é usado como um interpolador da análise de baixa resolução fornecida pelo CPTEC. As condições de fronteira
inferior de alta resolução (principalmente topografia e uso do solo) e a resolução de fenômenos de mesoescala,
permitidos pela alta resolução horizontal, adicionam detalhes à análise de baixa resolução que tornam mais próxima
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das observações a análise meteorológica do downscaling (Camargo e Silva Dias, 2000). Neste trabalho o inicio da
integração começou no dia 1 de junho, finalizando este dowscaling no dia 31 de agosto de 1999, isto é, a simulação foi
contínua utilizando a opção história do modelo RAMS.
3.2 DADOS DOS GASES TRAÇOS
Foram utilizados os dados de concentrações médias horárias de monóxido de carbono (CO) e ozônio (O3), obtidos
por analisadores contínuos pela Companhia de tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo- CETESB (Cetesb,
2001), para estações selecionadas da Rede Telemétrica. As estações selecionados para o O3 foram: São Miguel Paulista
(SMP), São Caetano do Sul (SCS), Parque Dom Pedro II (PDP), Osasco, Ibirapuera (Ibira), e Moóca. As estações
selecionados para o CO foram: Parque Dom Pedro II (PDP), São Caetano do Sul (SCS), Lapa, Congonhas (Congo),
Cerqueira César (Cesar), Centro e Ibirapuera (Ibira).
4. RESULTADOS
Massas de ar chegando em São Paulo às 0000 UTC e 1200 UTC (Man e Shih, 2001) podem ser classificadas em
quatro tipos de trajetórias: NE, SE, SW e NW. Para as massas de ar que chegam em RMSP, foi determinada a sua
origem com 4 dias de antecedência para a cada horário. Foram analisadas 905 trajetórias durante os três meses de
análise no inverno de 1999 visando determinar a sua origem: 32% das trajetórias originaram-se do quadrante NE, 12%
do quadrante SE, 19% do quadrante SW e 37% das trajetórias originaram-se do quadrante NW (figura 1a). Do total de
905 trajetórias, foram identificados 74 grupos, considerando ambos horários (00 e 12 UTC): em 8% dos grupos as
trajetórias originaram-se do quadrante SE, 19% de SW, 42% de NW e 31% do quadrante NE (figura 1b). A mesma
análise foi realizada considerando-se as trajetórias para os dois períodos separadamente (às 00 e 12 UTC). Para as 00
UTC foram identificados 33 grupos: 12% dos grupos das 00 UTC têm trajetórias provenientes do quadrante SE, 15%
do SW, 43% do NW e 30% do NE (figura 2a) . Para as 12 UTC foram determinados 41 grupos com a seguinte origem:
5% com trajetórias do quadrante SE, 22% do SW, 41% do NW e 32% do NE (figura 2b).
Os sub grupos das 00 e 12 UTC foram estudados com relação ao gás traço O3 (figura 3) e CO (figura 4). As
análises das trajetórias de chegada na cidade de São Paulo no inverno de 1999 sugerem que os precursores de ozônio e
o próprio ozônio presente nas massas de ar características do grupo NE estão principalmente identificados nas
estações de São Miguel Paulista e São Caetano do Sul às 00 UTC (figura 3a). A estação de SMP está localizada à NE
da RMSP, nesta estação é observada o sinal do transporte de longa distância (vale do Paraíba) para o gás O3, nas
demais estações ocorre a mistura com as fontes locais da RMSP. Para este horário de 0000 UTC e grupo de NE, existe
a entrada da brisa marítima para a RMSP em torno de 14 horas, sugerindo esse transporte para as estações de São
Miguel Paulista e São Caetano do Sul. O mesmo ocorrendo nas estações São Miguel Paulista, São Caetano do Sul e
Moóca às 12 UTC. Nas demais estações predominam fontes locais. Para o CO predominam as fontes locais, isto é, as
emissões das fontes veiculares (figura 4).
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(a)
(b)
Figura 1. Freqüência de ocorrência de tipos de trajetórias: (a) todas as trajetórias (b) para dias
“grupo” considerando juntos os horários de 00 e 12 UTC
(a)
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(b)
Figura 2. Tipos de trajetórias para o dia “grupo”: (a) às 00 UTC e (b) às 12 UTC
(a)
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SMP
SCS
PDP
Osasco
Ibira
Moóca
80
70
60
3
o3(µg/m )
50
40
30
20
10
0
NE
SE
SW
NW
Tipo de trajetória
(b)
SMP
SCS
PDP
Osasco
Ibira
Moóca
50
3
O3(µg/m )
40
30
20
10
0
NE
SE
SW
NW
Tipo de trajetória
Figura 3. Concentração de ozônio para os dias “grupo” (a) às 00 UTC e (b) às 12 UTC
(a)
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PDP
SCS
Lapa
Congo
Cesar
Centro
Ibira
concentração de CO(ppm)
8
7
6
5
4
3
2
1
0
NE
SE
SW
NW
Tipo de trajetória
(b)
PDP
SCS
Lapa
Congo
Cesar
Centro
Ibira
concentração de CO (ppm)
8
7
6
5
4
3
2
1
0
NE
SE
SW
NW
Tipo de trajetória
Figura 4. Concentração de CO para os dias “grupo”: (a) às 00 UTC e (b) às 12 UTC
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5. CONCLUSÕES
Massas de ar chegando em São Paulo às 0000 UTC e 1200 UTC podem ser classificadas em quatro tipos de
trajetórias: NE, SE, SW e NW. Para as massas de ar que chegam em RMSP, foi determinada a sua origem com 4 dias
de antecedência para a cada horário. Foram analisadas 905 trajetórias durante o inverno de 1999 visando determinar a
sua origem: 32% de trajetórias originaram-se do quadrante NE, 12,0% do SE, 19% do SW e 37% das trajetórias
originaram-se do quadrante NW.
As análises das trajetórias de chegada na cidade de São Paulo no inverno de 1999 sugerem que os precursores de
ozônio e o próprio ozônio presente nas massas de ar características do grupo NE estão principalmente identificados
nas estações de São Miguel Paulista e São Caetano do Sul às 00 UTC. A estação de SMP está localizada à NE da
RMSP, nesta estação é observada o sinal do transporte de longa distância para o gás O3, nas demais estações ocorre a
mistura com as fontes locais da RMSP. Para este horário de 0000 UTC e grupo de NE, existe a entrada da brisa
marítima para a RMSP em torno de 14 horas, sugerindo esse transporte para as estações de São Miguel Paulista e São
Caetano do Sul. O mesmo ocorrendo nas estações São Miguel Paulista, São Caetano do Sul e Moóca às 12 UTC. Nas
demais estações predominam fontes locais. Para o CO predominam as fontes locais, isto é, as emissões das fontes
veiculares.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à “Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo”- CETESB por
ceder os dados dos poluentes medidos na Região Metropolitana de São Paulo. Os autores também agradecem à
“Fundação de Amparo à pesquisa do Estado de São Paulo”(processo número 96/01403-4) e à “Fundação de
Coordenação do Aperfeiçoamento de Pessoal de nível Superior”- CAPES.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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10 to 25 August 1993. Rev. Bras. Meteorologia, 15,1,1-13.
Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental-CETESB (2001). Relatório de qualidade do ar do Estado de São
Paulo 2000. pp. 120.
Freitas, S.R., K. M. Longo, M.A.F. Silva Dias and P. Artaxo (1996). Numerical modeling of air mass trajectories from
the biomass burning areas of the Amazon Basin. Ann. Acad. Bras. Ci.Vol.68 (suplemento 1).
Longo, K.M.(1999). Estudos de partículas de aerossóis e gases traços na atmosfera da bacia Amazônica:influencias das
circulações regionais e de larga escala. Tese apresentada ao Instituto de Física da Universidade de São Paulo para
obtenção do título de Doutor em Ciências.
Man,C.K.,Shih,M.Y.(2001). Identification of sources of PM10 aerosols in Hong Kong by wind trajectory analysis.
Journal of Aerosol Science 32,1213-1223.
Sánchez-Ccoyllo, O.R. e Silva Dias, P.L. Estudo observacional e numérico da brisa marítima em São Paulo. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA,11, 2000. Rio de Janeiro. CDROM pp. 1609-1617.
Silva Dias, M.A.F. e Machado, A.J(1997). The role of local circulations in summertime convective development and
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Walko R., Band L., Baron J., Kittel F., Lammers R., Lee T., Ojima D., Pielke R., Taylor C., Tague C., Tremback C.,
Vidale P. Coupled Atmosphere-Biophysics-Hydrology Models for Environmental Modeling. J Appl Meteorol 39:
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