O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes
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Marcelo Felix AlonsoMarcelo Felix Alonso
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IPCC 2007 ( AR4 – WG1 )
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ENIAC 4
17.468 válvulas, além de 1.500 relês e um grande número de capacitores, resistores e outros componentes.
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RTp 0
VV
t
)(
^ 1uTURBauF
x
pwffv
z
uw
y
uv
x
uu
t
u
Um sistema de 13 equações (1 diagnóstica e 12 prognósticas)
)(1
vTURBavFy
pfu
z
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^ 1wTURBawF
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)( :7) a 1i ( i
ii
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rpara
Cortesia: Adilson W. Gandu IAG/USP
![Page 5: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/5.jpg)
Temos também: 13 váriáveis do modelo
(u, v, w, , p, T, r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7)
Se conhecermos :
Fau, Fav, Faw, Q, Si, e fluxos turbulentos
(a “física” do modelo)
Então :O sistema de equações é “fechado” e, em princípio,
“resolvível”
MAS : (complexo e altamente não linear)Não existe método analítico para resolver esse
sistemaCortesia: Adilson W. Gandu IAG/USP
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níveis verticais
1ºlat 1º
long
Resolução horizontal
Interações laterais
Interações com a superfície
Interações entre camadas
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A PNT é uma problema de valor inicial e condições de contorno
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Porque modelar dispersão e química de poluentes?
Anthropogenic Biogenic Biomass burning
MonthJAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
Per
cen
tual
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Atualmente estima-se que 40% das mortes no mundo estão relacionados com degradação ambiental.50% das doenças respiratórias crônicas provavelmente associadas à poluição do ar.Pimentel et al.[2007]
Fonte: Tucci et al.[2003]
Tucci et al.[2003]
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Urbano
O3Sulfato
CONOx
EmissõesUrbanas
HCSO2
CO2
CETESB [2005]
Gases emitidos na Região Metropolitana de São PauloGases emitidos na Região Metropolitana de São Paulo
Per
cen
tag
em d
e c
on
trib
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ão
Per
cen
tag
em d
e c
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trib
uiç
ão
das
fo
nte
s d
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mis
são
das
fo
nte
s d
e e
mis
são
Tipos de fontesTipos de fontes
N2OCO
CO2
MP
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Modelos online
Acoplagem do módulo atmosfera com
química. Estado da arte em modelagem da
dispersão e química de poluentes.
Weather Research Forecast model with
Chemistry (WRF/Chem) (Grell et al. 2005;
Fast et al. 2006; Zhang et al. 2010a)
CATT-BRAMS (Coupled Aerosol and
Tracer Transport model to the Brazilian
developments on the Regional Atmospheric
Modelling System – Longo et al., 2011)
Modelos offline
Os parâmetros atmosféricos são usados
como dados de entrada para a resolução
numérica da dispersão. No caso dos
modelos químicos, consegue-se estudar
os efeitos isolados das reações químicas.
AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD)
da Agência de Proteção Ambiental dos
Estados Unidos.
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A LARGE RANGE OF SCALESA LARGE RANGE OF SCALES
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FONTESLocal and regional inventories
Characterizing and predicting local air quality and regional effects resulting from emissions in a large city requires a detailed survey of emissions sources.
Top-down x bottom-up approaches
coarse information x Specific information
Low costs x high costs
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TIE et al. (2010)
CO mixing ratio (ppbv)
Mexico city
CO emission
URBANO
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Source: Butler et al.,2008
Em
iss
ão
to
tal
RETRO
EDGAR
IPCCAR4
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Agregaçãodos COR
Lumped structure- Agrupamento por estrutura:O propeno (C3H6), que contem um grupo alquil y um enlace duplo de carbono, é representado como 1 PAR mais um 1 OLE Ex: CB05, 51 espécies e 156 reações
Lumped Molecule - Agrupamento seguindo a natureza químicaO propeno é incluído em ALKE (alcenos)Ex: RACM, 77 espécies e 237 reações
Mecanismos condensadosINCERTEZAS
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1
(
(
)
)
()
24h
0
mass
kgunits: ( )
kg[air]
mixing ratio tendency:
s,
and
t
r t
r
t
t
d
E E
A double Gaussian function used to determine the diurnal cycle of urban emission. Freitas et al. (2010)
diurnal cycle of the burning:
( ) ( )E Et r t
0 4 8 12 16 20 24H ora Local (Fuso de B rasília )
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250N
úm
ero
médio
de focos d
e fogo
( )r t
time
15 LT
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Freitas et al., (2006,2007,2010)
1( )
air
air
E
E
F
F
z
F
z
fi rst phys.model layer
injectionlayer
total emission flux: being the smoldering f raction
smoldering term :
flaming term :
Plume rise mod
el
h
Injection Injection layerlayer
PLUMERISEQUEIMADAS
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Freitas et al. (2007)
![Page 24: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/24.jpg)
VULCÂNICAS
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Orig RAMS adv – diff = 1. Orig RAMS adv – diff = 0.1
Orig RAMS adv – diff = 0.01 NEW BRAMS adv – diff = 0.01
FÍSICA
ddaquímicasreaçõesrise
plumePM
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profconv
turbCLP
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s
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s
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s
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s
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s
425
The Walcek’s scheme
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425
![Page 27: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/27.jpg)
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425
Deposição seca
![Page 28: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/28.jpg)
1 1
Equilibrium between aqueous and gas phases (Henr
= 298.15K
: enthal
y's law)
solu
py
bility:
( ) ,sol
sol
Hfase lw faseaquosa gasosa
H H
HR T T
T
H
k r
k T eRTk
convective precip rate:
(from cumulus parameterization)
: cloud liquid
wet removal tendency (sink term W):
change
: equilibrium constant at
ˆfasegasosa
H
H lw
lwwetremoval
Tk
preck r s prec
sr
t z
water/ice mixing ratio (from CP)
: in-cloud gas phase mixing ratio
total mass deposited on surface:
ˆfasegasosa
wetremoval
cloudtop
airsfcsfc
s
t
s
m dz
Deposição úmida
![Page 29: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/29.jpg)
ddaquímicasreaçõesrise
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rasaconv
profconv
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s
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s
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s
t
s
t
s
425
Condições iniciais e de fronteira químicas
![Page 30: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/30.jpg)
Escala regionalDispersão horizontal
![Page 31: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/31.jpg)
Smog fotoquímicoEvolução diurna São Paulo 7/11/2010
Imagens: http://www.cptec.inpe.br/
![Page 32: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/32.jpg)
Imagem: http://meioambiente1.cptec.inpe.br/Fonte: Gacita, 2010
NO
NO2
CO
O3
09 12 18 2115(ppb)
NO NO2 CO O3
Hora local
![Page 33: O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/557291d9d8b42aae598b499a/html5/thumbnails/33.jpg)
CONCLUSÕES