Identificação da circulação de brisa

É sabido que a RMSP, devido à sua relativa proximidade com o mar (cerca de 50 quilômetros) sofre influência da circulação local de brisa marítima/terrestre (CARRERA e SILVA DIAS, 1990, DIAS et al., 1995). Este tipo de circulação local advém do aquecimento diferenciado de superfícies próximas em escala local, e é comumente observado em linhas costeiras (na forma de brisa marítima/continental) e outros locais com configurações de terreno que propiciem estas diferentes condições locais de aquecimento, tais como lagos ou montanhas, dando origem às brisas lacustres e de vale/montanha.

As superfícies terrestres e aquáticas possuem diferentes composição física e características de albedo, o que implica em diferentes taxas de aquecimento. Assim, requerem diferentes quantidades de energia para se aquecerem à mesma taxa de radiação (MUSK, 1988) e possuem amplitudes térmicas muito diferentes ao longo do dia, conforme ilustrado no gráfico 08.

Gráfico 6: Variação diurna de temperatura em superfícies na terra e água em condições de céu claro. Note a variação de temperatura muito maior na superfície de terra

Fonte: Weather Systems, Leslie Musk (1988)

Durante o dia, conforme a radiação solar de ondas curtas incide sobre as diferentes superfícies, aquece-as em diferentes taxas de aquecimento. Conforme a terra se aquece mais rapidamente do que a água, por apresentar menor calor específico, a coluna de ar sobre a terra também se expande mais rapidamente, criando uma diferença de pressão atmosférica em altos níveis e, posteriormente, em superfície.

Figura 27: Distribuição da pressão atmosférica e padrões ascendentes e

descendentes da circulação resultante, associados com o

desenvolvimento de brisas terrestres e marítimas Fonte: Adaptado de Weather Systems, Leslie Musk, 1988.

O aquecimento sobre a superfície terrestre faz com que a camada atmosférica sobrejacente seja aquecida e que os níveis de pressão sejam elevados. Este processo faz com que um nível de pressão em camadas mais elevadas da atmosfera sobre a terra fique mais elevado do que o mesmo nível de pressão sobre a água. Assim, forma-se uma diferença horizontal de pressão entre áreas mais e menos aquecidas, com a mesma altitude, o que provoca o movimento do ar na direção da menor pressão, ou seja, da terra para a água, em altitude (figura 27). Este transporte produz áreas de baixa e alta pressão, em níveis altos da atmosfera, sobre a terra e sobre a água, induzindo uma circulação térmica fechada entre as áreas com diferenças de aquecimento, induzindo a formação da circulação de brisa e superfície, onde o escoamento do ar ocorre do mar para o continente,

compensando a circulação em altitude. A brisa marítima é caracterizada quando a terra está mais aquecida que a água, havendo, portanto, ventos predominantes do mar para a terra em superfície e da terra para as regiões marítimas em altitude.

Conforme as horas do dia se passam e o aquecimento solar diminui, a terra começa a perder calor mais rapidamente do que a água, justamente porque sua capacidade de reter calor é menor. A água, por outro lado, demora mais a ganhar e perder calor, de forma que ao final do dia está mais aquecida do que no início. Assim, aos poucos, as diferenças de pressão entre as duas superfícies vão diminuindo, até que, em determinado momento, tornam-se inversas: a água torna-se mais quente do que a terra, e a pressão em altos níveis, sobre a água, é maior do que sobre a terra (figura 27). Em superfície, a pressão sobre a terra acaba se tornando maior do que sobre a água, devido à circulação térmica direta desenvolvida, fazendo com que o ar se desloque da terra em direção à superfície de água, que ainda retém calor acumulado durante o dia. Configura-se então uma situação de brisa continental, o oposto da brisa marítima.

Esta dinâmica local de aquecimento diferenciado induz a circulação chamada de brisa marítima/continental, um processo termodinâmico importante em áreas próximas a corpos d’água, pois determina a direção geral do vento nestas regiões na escala diurna.

Diversos estudos já investigaram a atuação da brisa marítima na RMSP, e sua interação com a dispersão de poluentes. Inicialmente, os primeiros trabalhos estabeleceram uma metodologia para a identificação da brisa marítima a partir de dados observados (CARRERA e SILVA DIAS, 1990; OLIVEIRA et al, 2002), e realizaram as primeiras tentativas bem-sucedidas de modelagem (DIAS et al, 1995). Posteriormente, outros trabalhos começaram também a incluir a investigação da dispersão de poluentes associados à circulação de brisa marítima (BISCHOFF-GAUß, 1998; SÁNCHEZ- CCOYLLO, 2000; FREITAS, 2003). Nestes trabalhos, foi possível verificar que os poluentes do ar emitidos no município de Cubatão podem ser transportados para a RMSP pela circulação da brisa marítima, ou para alto-mar pela brisa continental. Além disso, o efeito da orografia, que determina diferentes condições de aquecimento e escoamento da circulação secundária, também foi levantado como atuante em conjunto com a circulação de brisa, podendo, por exemplo, influenciar condições de brisa de vale-montanha (OLIVEIRA et al, 2003), ou representar barreiras físicas para a dispersão dos poluentes na RMSP. Outras características locais, como a ilha de calor urbana, interagem com a circulação de brisa, ao gerar uma zona de convergência no centro da RMSP devido ao incremento de temperatura, e assim acelerar a chegada da frente de brisa na área

urbanizada (FREITAS, 2003). Alguns trabalhos utilizando modelagem também demonstraram a importância desta circulação quando da interação com os poluentes emitidos sobre a RMSP, seja influenciando em sua dispersão (SILVA JÚNIOR, 2009), transporte para regiões mais continentais (SANCHÉZ-CCOYLLO et al, 2006), ou mesmo ocasionando a recirculação de poluentes emitidos na RMSP (FREITAS, 2003; SILVA, 2013).

Neste trabalho, foi possível identificar a presença da brisa marítima/continental e sua interação com a dispersão e distribuição espacial dos poluentes, primeiramente através da investigação da circulação atmosférica no cenário de CTRL na escala horária, verificando a direção do vento na série temporal dos dados simulados (seção 4.4.1). Posteriormente, foi avaliada também na escala horária, porém no campo espacial, a diferença entre as concentrações de poluentes, em especial o ozônio, entre o cenário CTRL e os diversos cenários de sensibilidade (seção 4.6).

4. RESULTADOS: