De uma maneira geral o controle da poluição atmosférica local, e até mesmo regional, é realizado através de redes de monitoramento da qualidade do ar, cuja distribuição espacial é determinada através de estudos criteriosos que consideram os dados das fontes de emissão de poluentes e as condições atmosféricas locais. Porém, em função de aspectos como: i) econômicos, relacionados com o elevado custo de manutenção das redes implantadas; ii) administrativos, devido à incipiente infraestrutura física das áreas a serem monitoradas; iii) técnicos, pela falta de profissional treinado para a operação dos equipamentos instalados; iv) complexidade de algumas regiões e, finalmente v) as fortes interações entre os fenômenos de transporte e dispersão de poluentes com as condições meteorológicas e topográficas regionais, as redes de monitoramento da qualidade do ar, ou deixam de ser instaladas, ou não se tornam representativas, devido também ao limitado número de pontos de medida, à falta de manutenção e a erros em seu posicionamento e amostragens.
Por esses motivos, os modelos numéricos que simulam a concentração, transporte e difusão dos poluentes na atmosfera constituem ferramentas importantes para auxiliar na análise do comportamento das emissões atmosféricas e endereçar ações de controle e de mitigação das concentrações emitidas (TIRABASSI, 2004). Sendo assim, cientistas brasileiros integrantes do Grupo de Modelagem Atmosfera e Interface (GMAI), do Instituto de Pesquisas Espaciais e do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE), realizam estudos e geram produtos relacionados com a atmosfera e sua interação com os demais componentes do sistema terrestre.
Em 2003, esses cientistas desenvolveram modelos numéricos avançados para estudos relacionados à previsão numérica de tempo e clima, de qualidade do ar e composição química da atmosfera e armazenamento de água no solo. Em especial, o GMAI liderou o desenvolvimento do sistema numérico Coupled Chemistry Aerosol and
Tracer Transport model to the Brazilian Developments on the Regional Atmospheric Modelling System (CATT-BRAMS), com novas funcionalidades e parametrizações
especializadas para trópicos e sub-trópicos, considerando as especificidades de cada região brasileira, acoplado ao Modelo de Circulação Regional (MCR’s) BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modelling System). É um modelo de transporte on line, em 3D, euleriano, que contempla nova rotina para assimilação de dados de queimadas, e onde a atmosfera é dividida em camadas verticais, enquanto que a superfície é dividida em malha horizontal, ou grade, com diversos nós, nos quais as equações são calculadas formando, dessa forma, uma malha tridimensional (LONGO et al., 2007).
A abordagem euleriana (Figura 10) empregada para a descrição do transporte de uma propriedade escalar no modelo CATT-BRAMS é baseada no balanço de conservação da propriedade, no caso a massa de dispersão de uma espécie química, sobre um volume infinitesimal fixo no espaço. Apresenta dificuldades matemáticas que não permitem uma solução exata para a concentração média (de material particulado ou gases) no escoamento turbulento (SEINFELD, 1986).
Figura 10– Sistema de coordenadas Euleriana
Fonte: Adaptado de Moraes (2001).
Atualmente esse modelo é bastante utilizado pelos meteorologistas, gestores ambientais e pesquisadores em estudos e em operações meteorológicas diárias, em vários centros operacionais brasileiros, conforme pode ser confirmado através dos exemplos abaixo apresentados.
Dr. Saulo Freitas, principal autor desta nova parametrização e também um dos responsáveis pelo CATT-BRAMS de previsão da poluição atmosférica8, afirmou que a metodologia oferece maior precisão sobre o deslocamento da nuvem de fumaça de queimadas na atmosfera, tanto no transporte horizontal de seus componentes (gases e partículas de aerossóis), quanto na sua distribuição vertical. Esse mesmo pesquisador, juntamente com a pesquisadora Dra. Karla Longo, validaram o CATT-BRAMS através da comparação dos seus resultados com produtos de sensoriamento remoto de aerossol e gases traços, resultando em evidências que demonstraram as boas habilidades de previsão deste modelo.
Gevaerd et al. (2006) analisaram o transporte atmosférico de CO liberado pela queima de biomassa em Roraima, durante os três primeiros meses de 1998, enfatizando o papel dos sistemas convectivos profundos na redistribuição tridimensional da pluma de gás, utilizando o modelo CATT-BRAMS para as simulações numéricas. Os pesquisadores concluíram que o modelo numérico foi capaz de prognosticar a concentração de poluentes na área de estudo com razoável acurácia, em comparação com os resultados obtidos durante a campanha Large Scale Biosphere-
Atmosphere/Cooperative LBA Airborne Regional Experiment – 1998 (LBA-CLAIRE-
98).
Freitas et al. (2006) utilizaram o CATT-BRAMS para simular a estação seca de 2002, ocorrida na América do Sul, durante as campanhas de campo do Smoke, Aerosols,
Clouds, Rainfall (SMOCC) e Climate and Radiation, Cloud, and Climate Interactions in the Amazonia (RaCCI), projetos do LBA realizados na fase de transição da estação
seca para a chuvosa. Concluíram sobre a utilidade desse modelo na compreensão e previsão dos controles típicos de sistemas sinóticos sobre o transporte e dispersão dos poluentes provenientes da queima da biomassa, bem como demostraram a grande capacidade deste modelo em reproduzir, de forma realista, a distribuição horizontal de traçadores passivos e de partículas de aerossóis em escala regional e uma acurada habilidade na previsão da distribuição vertical dos gases.
Através do modelo CATT-BRAMS, Ramos et al. (2009), diagnosticaram os campos de concentração e o transporte dos poluentes provenientes do incêndio florestal na região amazônica, ocorrido nas áreas do avanço da fronteira agrícola e em terreno de topografia variável. Os resultados desse estudo permitiram caracterizar o ambiente
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atmosférico da região estudada, durante o período analisado. O CATT-BRAMS foi utilizado para a análise do transporte atmosférico e da evolução do monóxido de carbono (CO) e do material particulado (PM(2,5)) emitido pelos incêndios que ocorreram durante a onda de calor que afetou Portugal Continental, em agosto de 2003, incluindo aí estudos dos padrões sinópticos associados ao início e ao desenvolvimento das queimadas. Nesse estudo, uma das conclusões obtidas foi a abrangência da pluma das emissões atmosféricas estudadas, que, além de ter atingido regiões distintas dos locais de ocorrência dos incêndios, adicionou-se à poluição antropogênica associada à ocupação urbana e atividades industriais. Mantovani et al. (2014) em seus estudos sobre o modelo CATT-BRAMS, como auxílio às pesquisas de dados de poluentes ambientais, comprovou a adequabilidade das simulações do modelo para o desenvolvimento de pesquisas em locais em que não haja possibilidade técnica e de infraestrutura para a instalação de rede de monitoramento da qualidade ambiental e de variáveis.
3 MATERIAIS E MÉTODOS