SECTOR DE ACTIVIDADES

baixo alto baixo Alto 1. Combustão na indústria e transformação de energia 26,7 28,1 1,2 1,3 2. Combustão residencial e comercial 24,8 25,7 46,6 50,5 3. Combustão industrial e processos de produção 50,4 53,3 75,9 84,5

4. Uso de Solventes 7,2 7,5 43,9 50,8

5. Transporte rodoviário e outras fontes móveis 75,9 81,1 26,4 28,0 6. Extracção e distribuição de combustíveis 1,1 1,1 0,2 0,2

7. Tratamento e deposição de resíduos 1,1 1,1 1,8 1,8

8. Agricultura 32,7 34,2 4,8 4,8

Total 219,9 232,1 200,7 221,9

Definição de Cenários Futuros

De forma a utilizarem-se as emissões dos cenários alto e baixo do PTEN para 2010 na simulação numérica da qualidade do ar, calculou-se um factor que relaciona as emissões de 2001 da Tabela 3.5, com as emissões de 2010, da Tabela 3.6. O cálculo desse factor pode traduzir-se pela seguinte equação: ) ( 2001 ) (

2010 _{factor baixooualto}

emissões alto cenário ou baixo cenário emissões ₌

Após o seu cálculo, aplicou-se este factor às matrizes de emissões em área que já existiam para o cenário de referência de 2001, obtendo-se assim novas matrizes de emissões em área para o cenário baixo e para o cenário alto do PTEN. Estas matrizes de emissões constituem, posteriormente, além de outra informação, dados de entrada no sistema de modelação numérica de qualidade do ar, como se poderá ver no capítulo 4.

Descrição dos Modelos Numéricos

4.

D

ESCRIÇÃO DOS

M

ODELOS

N

UMÉRICOS

O sistema de modelação de qualidade do ar utilizado neste estudo incluí um modelo meteorológico (MM5, que simula os campos tridimensionais das circulações atmosféricas), um modelo fotoquímico (CAMx, que descreve o transporte e transformação química dos poluentes, simulando os campos de concentração dos poluentes) e um conjunto de pré e pós-processadores de dados de entrada e saída, de acordo com o apresentado na Figura 4.1.

Campos 3D de concentração de Poluentes Campos 2D de deposição de Poluentes Modelo

Meteorológico FotoquímicoModelo

Meteorologia Emissões Qualidade

do ar Uso do Solo Campos meteorológicos 3D Campos 3D de concentração de Poluentes Campos 2D de deposição de Poluentes Campos 2D de deposição de Poluentes Modelo

Meteorológico FotoquímicoFotoquímicoFotoquímicoModelo Modelo Modelo

Meteorologia

Meteorologia EmissõesEmissões Qualidade do ar Qualidade

do ar Uso do SoloUso do Solo

Campos meteorológicos 3D Campos meteorológicos 3D

Figura 4.1 Representação esquemática do sistema MM5 - CAMx.

O CAMx, já validado em trabalhos anteriores [Ferreira et al., 2003; Ferreira et al., 2004; Salmim et

al., 2005] necessita como dados de entrada, informação meteorológica, dados detalhados de

emissões (espaciais e temporais) e a caracterização geomorfológica da região de análise.

4.1.OMODELO METEOROLÓGICO MM5

Descrição dos Modelos Numéricos

Avaliação da Qualidade do Ar: aplicação a cenários de emissões

38

atmosféricas de mesoscala ou de escala regional [Dudhia, 1993; Grell et al., 1994]. Este modelo foi desenvolvido pelo NCAR nos EUA, como um modelo comunitário de mesoscala, e tem sido continuamente melhorado pelos seus utilizadores quer nas universidades, quer em laboratórios governamentais. O modelo é composto por vários pré e pós-processadores, como se pode verificar na Figura 4.2.

TERRAIN REGRID Little_r INTERPF

MM5

NESTDOWN TERRAIN

TERRAIN REGRIDREGRID Little_rLittle_r INTERPFINTERPF

MM5 MM5

NESTDOWN NESTDOWN

Figura 4.2 Pré e pós-processadores que compõem o sistema MM5.

O programa TERRAIN interpola horizontalmente a topografia e as classes de uso do solo a partir de dados em latitude-longitude para os domínios de mesoscala seleccionados. Este programa define os domínios de mesoscala, produz os ficheiros de dados do terreno para todos os domínios definidos e calcula alguns campos de constantes necessários à modelação meteorológica: latitude e longitude, factores de escala do mapa e parâmetro de Coriolis.

O programa REGRID lê os dados meteorológicos globais (previsões ou reanálises), em níveis de pressão, e interpola-os a partir de uma grelha nativa/original com uma dada projecção a eles associada, para a grelha e projecção definida pelo pre-processador TERRAIN.

O programa INTERPF transforma os dados de análise/previsão meteorológica no formato adequado para o modelo de mesoscala e converte os dados armazenados em níveis de pressão para os níveis sigma utilizados pelo modelo MM5. As coordenadas sigma são do tipo “terrain-following” não permitindo que as camadas verticais do modelo intersectem a topografia. O INTERPF utiliza os resultados do REGRID ou do Little_r para gerar as condições iniciais, de fronteira e de superfície para o modelo de mesoscala, o qual faz a previsão numérica no período e domínio pretendidos.

Descrição dos Modelos Numéricos

Este pré-processador resolve numericamente as equações da conservação da quantidade de movimento, da conservação de massa, de energia e de vapor de água.

Em resumo, os dados necessários à aplicação do sistema MM5 são a topografia e uso de solo, análise meteorológica em grelha proveniente de um modelo de escala global ou regional (são necessários vários períodos de tempo, número mínimo de níveis de pressão, campos tridimensionais (3D) de vento, de altura de geopotencial, de temperatura e de humidade relativa e campos bidimensionais (2D) de pressão média ao nível do mar, de temperatura à superfície do oceano e de cobertura de neve) e dados meteorológicos observados (radiossondagens e dados de superfície). Como saída, o MM5 calcula campos 2D de temperatura ao nível do solo e a 10 metros de altitude, velocidade e direcção do vento a 10 m, humidade relativa e pressão ao nível do mar e campos 3D de velocidade e direcção do vento, energia cinética turbulenta, temperatura potencial, pressão e altura geopotencial, entre outras variáveis possíveis de serem extraídas. Este modelo já foi utilizado e validado em vários estudos, nomeadamente na região de Aveiro e em Portugal continental [Ferreira et al, 2003; Carvalho et. al., 2002; Monteiro et al., 2004].

4.2.OMODELO FOTOQUÍMICO CAMX

O modelo fotoquímico CAMx – Comprehensive Air quality Model [CAMx, 2004] - é um modelo Euleriano que permite a avaliação integrada da poluição atmosférica química e particulada numa gama de várias escalas, desde a urbana à regional (~100 km).

O CAMx simula a dispersão, reacções químicas e remoção de poluentes na troposfera através da resolução da equação da continuidade para cada espécie química, num sistema de grelhas tridimensionais encaixadas (nested three-dimensional grids). Comporta cinco mecanismos químicos distintos, quatro baseados no Carbon Bond Mechanism versão 4 (CB-IV) e outro no mecanismo SAPRC99 [Gery et al., 1989; Carter, 2000]. A Tabela 4.1 indica os mecanismos químicos implementados, actualmente, no CAMx.

Descrição dos Modelos Numéricos

Avaliação da Qualidade do Ar: aplicação a cenários de emissões

40

Tabela 4.1 Mecanismos químicos implementados, actualmente, no CAMx.

MECANISMO DESCRIÇÃO

1 Mecanismo CB-IV com química de Cloro reactivo. Incluí 110 reacções, 34 espécies gasosas e 14 radicais.

2 Mecanismo CB-IV com reacções de radicais terminais que são necessárias para a modelação à escala regional. Incluí 91 reacções, 24 espécies gasosas e 12 radicais.

3 Mecanismo CB-IV com actualizações da química dos isoprenos. Incluí 96 reacções e 37 espécies (25 espécies gasosas e 12 radicais).

4 Mecanismo CB-IV com extensões para a modelação de aerossóis. Incluí uma Olefina (OLE2) biogénica para terpenos, quatro gases orgânicos condensáveis, formação secundária de aerossóis orgânicos e termodinâmica de aerossóis inorgânicos. Incluí 100 reacções e 62 espécies, entre as quais 35 espécies gasosas, 12 radicais e 15 aerossóis.

5 Mecanismo SAPRC99 que inclui 211 reacções e 74 espécies (56 espécies gasosas e 18 radicais).

Neste trabalho utilizou-se a forma mais simplificada do mecanismo CB-IV, mecanismo 2, que inclui 91 reacções e 24 espécies gasosas, sendo os compostos orgânicos voláteis desagregados em 12 espécies, de acordo com os diferentes tipos de ligações de carbono existentes.

O CAMx apresenta dois tipos de projecção para o plano horizontal, a projecção polar estereográfica e a projecção Lambert conformal, para além da tradicional Universal Transverse Mercator (UTM). Esta versatilidade permite que o modelo possa ser facilmente acoplado a vários modelos meteorológicos de prognóstico (MM5, RAMS, HOTMAC, Eta) [URL4, URL5, URL6, URL7].

Para descrever as condições químicas, este modelo necessita de dados de entrada, que se apresentam resumidamente na Tabela 4.2, tais como características de superfície, condições iniciais e de fronteira, taxas de emissão e vários parâmetros meteorológicos sobre todo o domínio de modelação.

Descrição dos Modelos Numéricos

Tabela 4.2 Dados de entrada do CAMx.

CLASSES DE DADOS TIPO DE DADOS

Meteorologia

Fornecido por um modelo

meteorológico (neste caso o MM5)

Campos tridimensionais de: Componentes horizontais do vento Temperatura Pressão Vapor de água Difusividade vertical Nuvens/precipitação Qualidade do Ar

Obtido através de dados de qualidade do ar medidos

Concentrações iniciais por grelha Concentrações fronteira por grelha

Concentrações de topo constantes no tempo e no espaço

Emissões

Fornecido por um modelo ou inventário de emissões

Fontes pontuais de grande dimensão Fontes em grelha

Pontuais de pequena dimensão Móveis

Área/móveis sem ser em linha Biogénicas

Geografia

Fornecido por mapas de uso e cobertura de solo

Uso do solo e cobertura vegetal em grelha Códigos de albedo de superfície em grelha

Outros

Coluna de ozono através de dados da TOMS

Razões de fotólise através de modelos radiativos

Estrutura vertical da grelha

Propriedades atmosféricas radiativas Códigos de opacidade em grelha Códigos da coluna de ozono Tabelas de taxas de fotólise

A preparação desta informação requer vários pré-processadores para transformar as emissões, meteorologia, qualidade do ar e outros dados para o formato final requerido pelos ficheiros de entrada no CAMx, como se ilustra na Figura 4.3.

CAMx

LANDUSE AHOMAP PHOTOLYSIS IB_COND POINT_EMISS AREA_EMISS

CAMx_TRTC CAMx_POST

CAMx CAMx

LANDUSE AHOMAP PHOTOLYSIS IB_COND POINT_EMISS AREA_EMISS