Marcelo Felix Alonso
IPCC 2007 ( AR4 – WG1 )
ENIAC 417.468 válvulas, além de 1.500 relês eum grande número de capacitores,resistores e outros componentes.
Um sistema de 13                        p = ρRT       ∂ρ     → →    → →                                                   ...
Temos também: 13 váriáveis do modelo          (u, v, w, ρ, p, T, r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7)Se conhecermos :         Fau, ...
Resolução horizontal                                   1º                                   lat      1º                   ...
A PNT é uma problema de valor inicial e condições de contorno
Porque modelar dispersão e química de poluentes?         Percentual                      JAN FEB MAR APR MAY JUN     JUL A...
Fonte: Tucci et al.[2003]                                                          Tucci et al.[2003]Atualmente estima-se ...
Gases emitidos na Região Metropolitana de São PauloPercentagem de contribuição   das fontes de emissão                    ...
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A LARGE RANGE OF SCALES
FONTES         Local and regional inventories         Characterizing and predicting local air quality and regional effects...
Mexico city                  TIE et al. (2010)URBANO         CO emission                 CO mixing ratio (ppbv)
Emissão total  Source: Butler et al.,2008                          EDGAR                          IPCCAR4                 ...
INCERTEZAS               Mecanismos condensados                         Lumped structure                         - Agrupam...
mass mixing ratio tendency:                                                                                               ...
PLUMERISEQUEIMADAS                   Plume rise model                            Freitas et al., (2006,2007,2010)total emi...
Freitas et al. (2007)
VULCÂNICAS
The WFÍSICA∂s  ∂s       ∂s        ∂s          ∂s                         ∂s             ∂s   =   +  +   ...
∂s  ∂s       ∂s        ∂s          ∂s                         ∂s             ∂s   =   +  +              ...
∂s  ∂s       ∂s        ∂s          ∂s                         ∂s             ∂s   =   +  +              ...
Equilibrium between aqueous and gas phases (Henrys law)                          ρ fase = k H rlw ρ fase                  ...
∂s  ∂s       ∂s        ∂s          ∂s                         ∂s             ∂s   =   +  +              ...
Escala regionalDispersão horizontal
Imagens: http://www.cptec.inpe.br/Smog fotoquímicoEvolução diurna São Paulo 7/11/2010
Hora local   09   12            15            18           21        (ppb) NO NO2 CO        O3                          NO...
CONCLUSÕES
O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes
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O desafio da modelagem de dispersão e química de poluentes

  1. 1. Marcelo Felix Alonso
  2. 2. IPCC 2007 ( AR4 – WG1 )
  3. 3. ENIAC 417.468 válvulas, além de 1.500 relês eum grande número de capacitores,resistores e outros componentes.
  4. 4. Um sistema de 13 p = ρRT ∂ρ → → → → + ρ ∇• V + V • ∇ ρ = 0 equações (1 diagnóstica e ∂t 12 prognósticas) ∂u ∂u ∂u ∂u ^ 1 ∂p = −u −v −w + fv − f w − − Fau + TURB ( u ) ∂t ∂x ∂y ∂z ρ ∂x ∂v ∂v ∂v ∂v 1 ∂p = −u −v − w − fu − − Fav + TURB ( v ) ∂t ∂x ∂y ∂z ρ ∂y ∂w ∂w ∂w ∂w ^ 1 ∂p = −u −v −w + f u−g − − Faw + TURB ( w) ∂t ∂x ∂y ∂z ρ ∂z D 1  • ∂T ∂T ∂T ∂T p  ρ  Q   + + TURB (T ) = −u −v −w − ∂t ∂x ∂y ∂z cv Dt cv ∂ri ∂r ∂r ∂r ( para i = 1 a 7) : = −u i − v i − w i + ∑ Si + TURB ( ri ) ∂t ∂x ∂y ∂z iCortesia: Adilson W. Gandu IAG/USP
  5. 5. Temos também: 13 váriáveis do modelo (u, v, w, ρ, 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
  6. 6. Resolução horizontal 1º lat 1º long níveis verticaisInte Interações laterais ra çõe s entr e cam ada s Interações com a superfície
  7. 7. A PNT é uma problema de valor inicial e condições de contorno
  8. 8. Porque modelar dispersão e química de poluentes? Percentual JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Month Anthropogenic Biogenic Biomass burning
  9. 9. Fonte: Tucci et al.[2003] Tucci et al.[2003]Atualmente estima-se que 40% das mortes nomundo estão relacionados com degradaçãoambiental.50% das doenças respiratórias crônicasprovavelmente associadas à poluição do ar.Pimentel et al.[2007]
  10. 10. Gases emitidos na Região Metropolitana de São PauloPercentagem de contribuição das fontes de emissão Sulfato CO2 O3 CO NOx MP HC SO2 CO2 CO Emissões N2O Urbanas Tipos de fontes CETESB [2005] Urbano
  11. 11. Modelos online Modelos offlineAcoplagem do módulo atmosfera com Os parâmetros atmosféricos são usadosquímica. Estado da arte em modelagem da como dados de entrada para a resoluçãodispersão e química de poluentes. numérica da dispersão. No caso dos modelos químicos, consegue-se estudarWeather Research Forecast model with os efeitos isolados das reações químicas.Chemistry (WRF/Chem) (Grell et al. 2005;Fast et al. 2006; Zhang et al. 2010a) AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD) da Agência de Proteção Ambiental dosCATT-BRAMS (Coupled Aerosol and Estados Unidos.Tracer Transport model to the Braziliandevelopments on the Regional AtmosphericModelling System – Longo et al., 2011)
  12. 12. A LARGE RANGE OF SCALES
  13. 13. FONTES Local 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
  14. 14. Mexico city TIE et al. (2010)URBANO CO emission CO mixing ratio (ppbv)
  15. 15. Emissão total Source: Butler et al.,2008 EDGAR IPCCAR4 RETRO
  16. 16. INCERTEZAS Mecanismos condensados 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 Agregação Ex: CB05, 51 espécies e 156 reações dos COR Lumped Molecule - Agrupamento seguindo a natureza química O propeno é incluído em ALKE (alcenos) Ex: RACM, 77 espécies e 237 reações
  17. 17. mass mixing ratio tendency: kg [ η ]Eη ( t ) = r ( t ) Eη , units: ( ) kg[air] s 24hand ∫ 0 r ( t ) dt = 1 A double Gaussian function used to determine the diurnal cycle of urban emission. Freitas et al. (2010) 15 LT 2 2 5 0 diurnal cycle of 2 0 0 0 1 7 5 0 N ú m e ro m é d io d e fo c o s d e fo g o the burning: 1 5 0 0 r(t ) 1 2 5 0 1 0 0 0 Eη ( t ) = r ( t ) Eη 7 5 0 5 0 0 2 5 0 0 time 0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 H o r a L o c a l ( F u s o d e B r a s í lia )
  18. 18. PLUMERISEQUEIMADAS Plume rise model Freitas et al., (2006,2007,2010)total emission flux: Fη being λ the smoldering fraction Injection λ Fη layer smoldering term : Eη = ρ air ∆zfirst phys. model layer h (1 − λ ) Fη flaming term : Eη = ρ air ∆zinjection layer
  19. 19. Freitas et al. (2007)
  20. 20. VULCÂNICAS
  21. 21. The WFÍSICA∂s  ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s  =   +  +  +   + WPM 25 + R + Q plume +   + ∂t  ∂t  adv  ∂t CLP  ∂t  conv  ∂t  conv turb prof rasa rise  ∂t  reações  ∂t  4 dda químicas Orig RAMS adv – diff = 1. Orig RAMS adv – diff = 0.1 Orig RAMS adv – diff = 0.01 NEW BRAMS adv – diff = 0.01
  22. 22. ∂s  ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s  =   +  +  +   + WPM 25 + R + Q plume +   + ∂t  ∂t  adv  ∂t CLP  ∂t  conv  ∂t  conv turb prof rasa rise  ∂t  reações  ∂t  4 dda químicas
  23. 23. ∂s  ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s  =   +  +  +   + WPM 25 + R + Q plume +   + ∂t  ∂t  adv  ∂t CLP  ∂t  conv  ∂t  conv turb prof rasa rise  ∂t  reações  ∂t  4 dda químicas Deposição seca
  24. 24. Equilibrium between aqueous and gas phases (Henrys law) ρ fase = k H rlw ρ fase aquosa gasosasolubility:  ∆ H 1  − sol  − 1  T θ = 298.15K ÷ θ  R T  Tθ ÷k H (T ) = RTk H e   ,   ∆ sol H : enthalpy change k θ : equilibrium constant at T θ  Hwet removal tendency (sink term W):  convective precip rate prec : k H rlw s fase prec  ˆ  (from cumulus parameterization) ∂s   ∂t ÷wet µ− gasosa  rlw : cloud liquid water/ice mixing ratio (from CP)  removal ∆z  ˆ s fase : in-cloud gas phase mixing ratio  gasosa  total mass deposited on surface: cloud top  ∂s msfc = ∫ sfc  ÷wet ρ air dz  ∂t  removal Deposição úmida
  25. 25. ∂s  ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s   ∂s  =   +  +  +   + WPM 25 + R + Q plume +   + ∂t  ∂t  adv  ∂t CLP  ∂t  conv  ∂t  conv turb prof rasa rise  ∂t  reações  ∂t  4 dda químicas Condições iniciais e de fronteira químicas
  26. 26. Escala regionalDispersão horizontal
  27. 27. Imagens: http://www.cptec.inpe.br/Smog fotoquímicoEvolução diurna São Paulo 7/11/2010
  28. 28. Hora local 09 12 15 18 21 (ppb) NO NO2 CO O3 NO NO2 CO O3Fonte: Gacita, 2010 Imagem: http://meioambiente1.cptec.inpe.br/
  29. 29. CONCLUSÕES

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