De global ao local: Um estudo multi-escalas de modelagem de qualidade do ar na Região Metropolitana de São Paulo

A poluição do ar é um problema ambiental que começa numa escala local, mas os seus efeitos vão além dos limites das cidades em diferentes escalas do espaço e tempo. As medições nas estações de qualidade do ar são a principal fonte de informação sobre o estado da atmosfera. Porém, elas possuem limitações na cobertura espacial, na interpretação da informação, e a sua implementação pode ser cara. Os modelos de qualidade do ar, através da solução das equações do movimento e das reações químicas da atmosfera, representam uma alternativa para investigar a qualidade do ar, fornecendo informação das concentrações de poluentes e as condições meteorológicas com diversa resolução espacial e temporal. Neste trabalho, diferentes modelos de qualidade do ar e inventários de emissões, em diferentes resoluções espaciais, são utilizados para estudar a qualidade do ar na região metropolitana de São Paulo (RMSP). Produtos do modelo global Community Atmosphere Model with Chemistry (CAM-Chem) são usados como condições de contorno químicas (CQC) para o modelo Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem). Em seguida, WRF-Chem é usado para simular a qualidade do ar na escala regional e urbana, através de domínios que cobrem a região sudeste do Brasil e a RMSP. Finalmente, o Model of Urban Network of Intersecting Canyons and Highways (MUNICH) é usado para simular ozônio e NOX dentro dos cânions urbanos, considerando como exemplo o distrito de Pinheiros. Desenvolvemos uma nova metodologia para distribuir espacial e temporalmente as emissões veiculares baseada nas emissões totais e o comprimento das estradas; e criamos um programa para construir o arquivo de emissões antropogênicas do WRF-Chem. Também desenvolvemos um pacote no R para fazer download e gerar dados prontos para serem analisados da Rede de Estações de Qualidade do Ar da CETESB, permitindo a automatização da avaliação dos modelos de qualidade do ar utilizando toda a informação disponível. Os resultados mostraram que o CAM-Chem, além de servir como CQC, representou adequadamente as concentrações de ozônio e PM2.5 para toda a RMSP com coeficientes de correlação maiores que 0.7, enquanto os poluentes primários são altamente subestimados. O WRF-Chem atingiu as benchmarks meteorológicos para ambos os domínios (e.g. ± 0.5 K de sesgo médio para temperatura, ± 10 % para umidade relativa, e ± 1.5 ms 1 para velocidade do vento). WRF-Chem subestimou as concentrações dos poluentes primários com sesgos médio normalizado (NMB) menores que -35 %, enquanto que o O3 atinge os benchmarks da acurácia com coeficiente de correlação de 0.83 e um NMB de -5 %. A simulação do MUNICH utilizando as simulações do domínio urbano do WRF-Chem melhoram a representação de NOX dentro dos cânions urbanos com um NMB de -20 %. Os resultados exemplificam as capacidades dos modelos para resolver diferentes questões sobre a formação e transporte dos poluentes atmosféricos em diferentes escalas. Esse sistema multi-escala permite a avaliação da qualidade do ar e da eficácia das políticas de controle da poluição do ar, e a realização de estudos de impacto à saúde dos poluentes atmosféricos.