Análise dos poluentes de qualidade do ar para a estação São José do Rio Preto localizada na cidade de São Paulo

Relatório como parte da disciplina AGM5710 Meteorologia da Poluição do Ar

Prof.^a Maria de Fátima Andrade

Alejandro Herman Delgado Peralta \(^{(a)}\), Leandro Alex Moreira Viscardi \(^{(b)}\)

\(^{(a)}\) IAG-USP, Nº USP: 11340504, adelgado@iag.usp.br
\(^{(b)}\) IF-USP, Nº USP: 8624459, leandro.viscardi@usp.br

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Introdução

A estação São José do Rio Preto (SJRP) registra poluentes atmosféricos, os quais estão disponíveis no endereço web (https://cetesb.sp.gov.br/ar/qualar/) da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB). De todos os poluentes registrados, e como parte do alcance do presente trabalho, foram baixados dados para o ano 2018 (janeiro até dezembro) de ozônio (\(O_3\)), dióxido de nitrogênio (\(NO_2\)) e material particulado menor que 2,5 \(\mu\)m (\(PM_{2,5}\)) como diâmetro aerodinâmico. Os gráficos foram feitos para cada poluente com o fim de fazer comparações com o limite da Organização Mundial da Saude (OMS) e os padrões de qualidade do ar da CETESB. As atividades feitas para o desenvolmento do presente trabalho são listados:

1. Faça o gráfico da série temporal de todos os poluentes baixados.
2. Calcule as médias e compare com os Padrões Estaduais/Nacionais e as recomendações da Organização Mundial de Saúde (que é o padrão final do decreto e da resolução CONAMA)
3. Calcule o número de ultrapassagens dos padrões/recomendações.
4. Calcule as médias horárias do \(PM_{2,5}\), \(O_3\) e \(NO_2\) e esboce os gráficos do ciclo diário médio (24 horas) para cada um dos meses.
5. Discuta o comportamento diário dos poluentes (tente relacionar com as variáveis de radiação, temperatura, chuva/umidade).
6. Prepare uma pequena apresentação contendo os resultados para discutirmos na próxima aula.
7. Fazer um relatório para entregar pra Fátima (próxima semana).

Desenvolvimento do trabalho

1. Faça o gráfico da série temporal de todos os poluentes baixados

Primeiro descarregamos os dados da CETESB do endereço web. Depois usamos o pacote openair de R no programa R Studio. Com isso foi possível achar o estado da série temporal de todos os poluentes baixados.

Como mostra a Figura 1, as concentrações de O\(_3\) atingem mais de 100 \(\mu\)g/m³ nos dias entre os meses de setembro e novembro. Igualmente, nestes meses as concentrações de NO\(_2\) e PM\(_{2,5}\) são altas. No entanto, as concentrações de PM\(_{2,5}\) incrementa-se durante o inverno, tempo onde acontece estagnamento do ar onde a camada de mistura é baixa, principalmente durante a noite onde poderia acontecer resfriamento radiativo (Falta citar esto).

2. Calcule as médias e compare com os Padrões Estaduais/Nacionais e as recomendações da Organização Mundial de Saúde (que é o padrão final do decreto e da resolução CONAMA).

As médias foram calculadas para cada poluente de acordo com as médias dos padrões de qualidade do ar nacional e da Organização Mundial de Saúde (OMS). Na Tabela 1 mostra-se os padrões de qualidade do ar. Estes padrões são usados na comparação com as médias calculadas para a estação SJRP. Segundo a CETESB, as Metas Intermediárias (MI) são padrões temporários por enquanto se desenvolvem melhoras na qualidade do ar no Estado de São Paulo. Os Padrões Finais (PF) são aqueles que protejem a saúde da população ao máximo.

Tabela 1 Padrões de qualidade do ar (CETESB Decreto Estadual nº 59113 de 23/04/2013)

Poluente	Tempo de Amostragem	MI\(_1\)	MI\(_2\)	MI\(_3\)	PF
PM\(_{2,5}\)	24 horas (média)	60	50	37	25
NO\(_2\)	1 hora (média)	260	240	220	200
O\(_3\)	8 horas (máxima média movil diaria)	140	130	120	100

Para o cálculo das médias segundo cada poluente, usamos o pacote openair do R. As opções timePlot, rollingMean e aggregate foram usados como mostrado abaixo. A opção timePlot permite fazer médias diárias; importante para obter médias de 24 horas para o PM\(_{2,5}\). O rollingMean é uma função do openair que permite calcular as médias móveis para cada 8 horas que tenham ao menos 75% de dados (pelo menos 6 horas). Esta opção foi usada para processar as concentrações horárias de O\(_3\). Finalmente, as máximas diarias das médias móveis foram consideradas para o análise.

A Figura 2 mostra a média diária do PM\(_{2,5}\) comparado com os padrões de qualidade do ar. No inverno acontecem ultrapassagens dos padrões. A influência no aumento das concentrações é por causa de uma menor altura do mezclado (citar esto).

Especificamente, o principal fator é o enfraquecimento do turbulência térmica devido à disminução das temperaturas (citar esto)

Na Figura 3 mostra-se a comparação das concentrações médias horárias do NO\(_2\), mas não acontecem ultrapasagens dos padrões para este poluente.

A Figura 4 mostra as concentrações máximas diárias das médias móveis para o O\(_3\) troposférico. Durante o verão a nubosidade reduze a irradiância solar que é un fator determinante nas reações químicas de formação do O\(_3\); na primavera, em ausência de nuvens, há um maior número de horas de irradiância solar (citar esto).

3. Calcule o número de ultrapassagens dos padrões/recomendações.

A Tabela 2 mostra o número de ultrapassagens dos padrões de qualidade do ar para os poluentes. As opções timeAverage foi usado para calcular a média diária do PM_2,5.

Tabela 2 Número de ultrapassagens dos padrões de qualidade do ar (CETESB, 2019)

Poluente	MI\(_1\)	MI\(_2\)	MI\(_3\)	PF
PM\(_{2,5}\)	1	2	8	48
NO\(_2\)	0	0	0	0
O\(_3\)	0	2	3	22

Para entender que aconteceu, as datas com ultrapassagens foram contados para cada poluente mediante o programa R. Além disso, a função calendarPlot do pacote openair foi usado para visualizar com melhor facilidade os dias que excederam os padrões de qualidade do ar para o PM\(_{2,5}\) (Figura 5) e o O\(_3\) (Figura 6).

Julho apresenta mais dias de ultrapassagens dos padrões de qualidade do ar. Este mês apresenta baixas temperaturas e condições de estagnamento da camada de mistura (citar esto). O segundo mês com mais dias de ultrapasagens é setembro. Neste mês tambem acontece os maiores dias com concentrações altas de O\(_3\).

Neste sentido, a Figura 5 mostra claramente que os meses de agosto e setembro apresentam os maiores dias com ultrapasagens dos padrões de qualidade do ar para o O\(_3\). Principalmente, setembro tem mais dias assim como as concentrações mais altas.

4. Calcule as médias horárias do PM_2,5, O₃ e NO₂ e esboce os gráficos do ciclo diário médio (24 horas) para cada um dos meses.

As médias horárias foram calculadas para cada poluente. A Figura 7 mostra a variação das concentrações do PM_2,5. Julho é o mês que tem máximas concentrações durante o ciclo diário médio de 24 horas.

A Figura 8 mostra ciclos diários de 24 horas para cada mês das concentrações de NO₂. Altas concentrações estão presentes no inverno e baixas durante o verão. Além disso, também há concentrações altas durante a manhã (07:00 h - 09:00 h) e a noite (19:00 h - 22:00 h). Por outro lado, aproximadamente entre as 14:00 horas e as 17:00 horas acontece uma diminução das concentrações de NO₂; sendo quasi constante ao longo do ano.

A Figura 9 mostra ciclos diários de 24 horas para cada mês das concentrações de O₃. Perto das 12:00 horas acontece as máximas concentrações de O₃ devido que nesta hora é máxima os valores de irradiância solar. Durante a noite há pequenos incrementos; os quais poderiam estar relacionados com o transporte como sugere (citar esto).

5. Discuta o comportamento diário dos poluentes (tente relacionar com as variáveis de radiação, temperatura, chuva/umidade).

• Para o poluente PM_2,5, durante os meses com chuva (entre novembro e março) (** verificar esto e citar**) a atmosfera é limpa pelo impacto das gotas de chuva com as partículas.
• A exceção

6. Prepare uma pequena apresentação contendo os resultados para discutirmos na próxima aula.

A apresentação mostra as figuras e referências de estudos de qualidade do ar para São Paulo assim como referência de livros relacionados com o tema de poluição do ar.

Referência

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