RICARDO ANTONIO MOLLMAN (2014).pdf
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
PÓS-GRADUAÇÃO EM METEOROLOGIA
RICARDO ANTONIO MOLLMANN JUNIOR
SIMULAÇÃO DA EMISSÃO, CONCENTRAÇÃO E DISPERSÃO DOS POLUENTES
ORIUNDOS DA QUEIMA DE BIOMASA DA CANA DE AÇÚCAR NO ESTADO DE
ALAGOAS UTILIZANDO O MODELO ATMOSFÉRICO WRF/CHEM
MACEIÓ, AL
2014
RICARDO ANTONIO MOLLMANN JUNIOR
SIMULAÇÃO DA EMISSÃO, CONCENTRAÇÃO E DISPERSÃO DOS POLUENTES
ORIUNDOS DA QUEIMA DE BIOMASA DA CANA DE AÇÚCAR NO ESTADO DE
ALAGOAS UTILIZANDO O MODELO ATMOSFÉRICO WRF/CHEM
Dissertação submetida ao colegiado do
Curso de Pós-Graduação em Meteorologia
no Instituto de Ciências Atmosféricas da
Universidade Federal de Alagoas - UFAL,
Como parte dos requisitos necessários para
obtenção do título de Mestre em
Meteorologia.
Orientador: Prof. Dr. Rosiberto Salustiano
da Silva Júnior
MACEIÓ, AL
2014
Catalogação na fonte
Universidade Federal de Alagoas
Biblioteca Central
Divisão de Tratamento Técnico
Bibliotecária Responsável: Maria Auxiliadora G. da Cunha
M726s
Mollmann Junior, Ricardo Antonio.
Simulação da emissão, concentração e dispersão dos poluentes oriundos da
queima de biomassa da cana de açúcar no estado de Alagoas utilizando o modelo
atmosférico WRF/CHEM / Ricardo Antonio Mollmann Junior. – 2014.
128 f. : il.
Orientador: Rosiberto Salustiano da Silva Júnior.
Dissertação (Dissertação de Conclusão de Curso em Pós-graduação em
Meteorologia) – Universidade Federal de Alagoas. Instituto de Ciências Atmosféricas.
Maceió, 2014.
Bibliografia: f. 108-121.
Apêndices: f. 122-127.
1. Poluição atmosférica. 2. Queima de biomassa. 3. Cana-de-açúcar. 4.
Modelagem atmosférica. 5. Sensoriamento remoto. 6. Química da atmosfera.
I. Título.
CDU: 551.502.6:633.61(813.5)
FOLHA DE APROVAÇÃO
AUTOR: RICARDO ANTONIO MOLLMANN JUNIOR
SIMULAÇÃO DA EMISSÃO, CONCENTRAÇÃO E DISPERSÃO DOS POLUENTES
ORIUNDOS DA QUEIMA DE BIOMASA DA CANA DE AÇÚCAR NO ESTADO DE
ALAGOAS UTILIZANDO O MODELO ATMOSFÉRICO WRF/CHEM
Dissertação submetida ao colegiado do Curso de
Pós-Graduação em Meteorologia no Instituto de
Ciências Atmosféricas da Universidade Federal de
Alagoas – UFAL, como parte dos requisitos à
obtenção do grau de Mestre em Meteorologia e
aprovada em (dia) de fevereiro de 2014.
DEDICATÓRIA
À REBECCA (em memória)
AGRADECIMENTOS
Ao prof. Dr. Rosiberto Salustiano da Silva Júnior por sua orientação intensiva, ensinamentos,
conselhos, cobranças e, principalmente por sua amizade, fatores primordiais para
conclusão deste estudo
Aos Professores do ICAT/UFAL, que contribuíram em minha formação.
A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa
concedida durante o período.
Ao Programa Nacional de Cooperação Acadêmica (PROCAD) pelo financiamento à missão de
estudo no INPE.
Aos Doutores do INPE, Dirceu Herdies, Saulo Freitas e Simone Costa, por se disponibilizarem
em receber-me no Instituto e contribuir para a elaboração desta pesquisa.
Aos colegas do Laboratório de Modelagem Atmosférica da UFAL, Alaerte Germano, Arthur
Lucas e Giuliano Carlos, pela amizade e ajuda em vários momentos.
Aos amigos, alunos e funcionários do ICAT/UFAL, que me acolheram desde a minha chegada
ao Estado de Alagoas.
Aos amigos do INPE, que também contribuíram para esta pesquisa.
À Natália Sinhori e Jefferson Dornelles, pela amizade e cooperação. Ambos, desempenhando
o papel de família durante o período de mestrado.
Aos meus pais, Ricardo Antonio Mollmann e Ilda Marina Correa Mollmann, e minha irmã
Kamila Correa Mollmann e avó Maria Quintina Correa da Silva, pelo carinho e suporte
de confiança. Minha família não me ensinou nada sobre modelagem numérica, sobre
química da atmosfera, tão pouco sobre sensoriamento remoto, mas ensinaram-me todo
necessário para aprender sobre a vida.
A todas as pessoas que, de uma forma, contribuíram na minha formação acadêmica e moral.
“... E quando as coisas vão mal, você procura alguém para
culpar, como se fosse uma sombra. O mundo não é um arcoíris nem um amanhecer, na verdade é um lugar ruim e
asqueroso. E não importa o quão durão você seja, apanhará
e ficará de joelhos, se assim permitir. Nem eu, nem você, nem
ninguém baterá tão forte quanto à vida. Não importa o quão
forte você bata, mas sim, quantos golpes você aguenta levar
e continuar em frente, o quanto pode suportar e seguir
adiante. Assim é a vida!”
Rocky Balboa (2006)
Sylvester Stallone, Metro-Goldwyn-Mayer (MGM) ®
RESUMO
No Brasil, o fogo é amplamente utilizado na plantação de cana-de-açúcar para a queima das
palhas e limpeza do canavial, no sentido de facilitar o trabalhador rural no corte e manejo dessa
vegetação. No Estado de Alagoas, um dos maiores produtores do país nesta cultura, utilizada
esse procedimento durante o processo de colheita da cana. Afim de determinar o impacto
causado por essas queimadas em Alagoas, bem como apresentar o padrão de transporte dos
poluentes emitidos durante esse processo, foi realizada a implantação de um sistema de préprocessamento químico para servir como dados de base ao modelo numérico WRF/Chem. Este
sistema se baseia em um inventário baseado nas emissões dos poluentes emitidos durante as
queimadas de cana-de-açúcar a partir de estudos de referência. Este inventário, alimenta com
informações dos poluentes (para este estudo foram analisados: CO e PM2,5), os focos de
queimadas detectados por diversos satélites, disponibilizados no site do CPTEC/INPE. As
análises foram realizadas em forma de etapas, conforme as informações eram implantadas no
sistema e para períodos diferentes. Para fazer uma avaliação direta dos resultados obtidos
referente ao transporte e concentração do gás CO na atmosfera de Alagoas, foram utilizado
dados de sondagem atmosférica para qualidade do (AIRS). Este sistema de coleta de dados,
confirmou o sentido do transporte do poluente de forma acumulada para os dias de estudo pelo
modelo. Para uma outra etapa: analisar a configuração vertical associada as queimadas, o
chamado processo de plume rise. Este estudo analisou sua característica e influência durante a
queima da cana no processo de ascensão da pluma, resultante da flutuabilidade positiva causada
pelas altas temperaturas das queimadas em contato com ar ambiente. Foi observado durante o
processo de queima, próximo ao foco, uma concentração máxima de 4000 ppbv de CO e de 60
µg/m³ para o PM2,5 de. Conforme a intensidade do vento, foi possível observar o transporte
destes poluentes por quilômetros de distância do ponto inicial de emissão, essa observação se
mostrou bastante condicionada não somente a ação do vento, mas também pela quantidade de
focos próximos um ao outro, e pela natureza do poluente, gás ou aerossol. O CO, apresentou
maiores deslocamentos devido a sua natureza pouca reativa após ser emitido, podendo ser
observado em todos os dias de análise, sua influência na atmosfera de estados vizinhos à
Alagoas, em concentrações entre 100-500 ppbv para um deslocamento superior a 300 km, e
para localidades mais próximas, entre 2000-2500 ppbv, à 100 km da fonte. Para o PM2,5, devido
a sua característica de poluente sólido, o processo de permanência na atmosfera é mais curto.
Foram analisados o transporte de PM2,5, em localidades que haviam grande quantidade de focos
de queimadas próximos, se deslocando por distâncias superior à 100 km, numa concentração
entre 30-40 µg/m³. Foi possível observar que as emissões sobre os focos de queimadas
realmente apresentam uma ascensão vertical próximo ao focos de queimada, e em especial para
PM2,5, observando a altura de injeção a cerca de 1,7 km da superfície. De forma geral a
ferramenta BBEI para uso no modelo numérico WRF/Chem, demonstrou resultados positivos
para representar o transporte e a concentração das emissões na realização de estudos da
qualidade do ar devido à queima de biomassa.
Palavras-Chave: Poluição Atmosférica. Queima de Biomassa. Cana-de-açúcar. Modelagem
Atmosférica. Sensoriamento Remoto. Química da Atmosfera.
ABSTRACT
In Brazil, the fire is generally used in sugar cane planting for the burning of straw and promoting
clean the canebrake, making it easier for rural workers the cut and management of this
vegetation. In the Alagoas state, one of the largest producers in the country in this culture, this
procedure used during the process of harvest. In order to determine the impact of these fires in
Alagoas, as well as presenting the transport of pollutants emitted during this process, the
implementation of a system of chemical pre-processing data to serve as a basis for numerical
model WRF/Chem performed. This system based on an inventory based on emissions of
pollutants emitted during the burning of cane sugar from reference studies. This inventory feed
with information of the pollutants (for this study were analyzed: CO and PM 2,5), the burning
focus detected by several satellites, available in CPTEC/INPE site. Analyzes were performed
in the form of steps, as were implanted in the information system and for different periods. To
make a direct evaluation of the results obtained for the transport and concentration of CO gas
in the atmosphere of Alagoas, data for atmospheric sounding quality (AIRS) were used. This
system of data collection, confirmed the direction of transport of pollutant cumulatively for
study days by the model. To another step: to analyze the vertical configuration associated fires,
the process called plume rise. This study analyzed its characteristics and influence during the
burning of sugarcane in the ascension process of the plume resulting from positive buoyancy
caused by the high temperatures of fires in contact with ambient air. It observed during the
burning, close to the focus, a maximum concentration of 4000 ppbv CO and 60 µg/m³ for PM2,5.
Of the according the intensity of the wind, it was possible to observe the transport of these
pollutants for kilometers from the starting point of emission, this observation proved
conditional, not only the action of the wind, but also by the amount of focus near one another,
and the nature the pollutant, gas or aerosol. The CO, showed higher displacements due to their
reactive nature little after being emitted and can be observed in everyday analysis, its influence
on the atmosphere of the neighboring states Alagoas, at concentrations of 100-500 ppbv to a
higher displacement 300 km , and closest, between 2000-2500 ppbv, at 100 km from the source
locations. For PM2,5, due to its characteristic of solid pollutant, the process remains in the
atmosphere is shorter. Transport of PM2,5 were analyzed in localities that had lots of focus of
fire near, by moving the upper 100 km, at a concentration of 30-40 µg/m³. It was observed that
the emission of fires focus actually have a near vertical rise burning sources, and in particular
for PM2,5, observing the time of injection to about 1.7 km from the surface. Generally the BBEI
tool for use in the numerical model WRF/Chem, demonstrated positive to represent the
transport and concentration of emissions in studies of air quality due to biomass burning results.
Keywords: Atmospheric Pollution. Biomass Burning. Sugar Cane. Atmospheric Modelling.
Remote Sensing. Atmospheric Chemistry.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 -
Visão aérea de talhões de cana-de-açúcar (A) em Matriz do Camaragibe no
estado de Alagoas, durante o período de não queima e (B) em Bauru no estado
de São Paulo, durante o processo de queimada.................................................23
Figura 2.1 -
Ilustração dos mecanismos físicos de transporte, vertical e horizontal, do
material emitido para atmosfera em uma queimada..........................................31
Figura 2.2 -
Mapas de Incêndios Globais de 10 dias entre 30/06/2013 a 09/07/2013..........36
Figura 2.3 -
(a) focos de calor detectados pelos sensores VAS/GOES, MODIS/TERRA &
AQUA, AVHRR/NOAA durante o ano de 2004 (número de focos em áreas de
40 x 40 km²). (b) estimativa para 2004 de emissão de monóxido de carbono (CO)
em ton/km²...............................................................................................41
Figura 2.4 -
Concentração de CO para simulação com diferentes horários de emissão.
Emissão entre 8 e 14Z (a); Emissão entre 14 e 20Z (b); Emissão entre 17 e 23Z
(c). Concentração em [ppb]...............................................................................42
Figura 2.5 -
Vento µ a 70 m da superfície [m/s] e a concentração de PM2,5 [µg/m³] para o dia
13 às 17Z. (a) com emissão de queimada, (b) sem emissão de
queimada............................................................................................................42
Figura 2.6 -
Sequência de imagens caracterizadas pela ocorrência de “plumas” derivadas da
queimada de cana-de-açúcar iniciando-se às 14:05 até 17:03, do dia 10/11/03, na
divisa dos municípios de Porto Calvo e Porto de Pedras - Alagoas.............46
Figura 3.1 -
Regiões ambientais do Estado de Alagoas........................................................47
Figura 3.2 -
Mapa de Média Climatológica de regime pluviométrico no estado de
Alagoas..............................................................................................................49
Figura 3.3 -
Área Canavieira do estado de Alagoas..............................................................50
Figura 3.4 -
Topografia do estado de Alagoas em metros, (a) com a base de dados do modelo
WRF, e (b) com as atualizações dos dados de STRM
disponibilizados.................................................................................................55
Figura 3.5 -
Gráfico representativo aos focos de queimadas detectados por satélites,
processados operacionalmente pelo DSA/INPE, de janeiro de 2009 a Maio de
2013...................................................................................................................56
Figura 3.6 -
Focos de queimadas detectado pelos satélite de referência (AQUA_M-T)......57
Figura 3.7 -
(A) Focos de queimadas para o mês de novembro de 2011. Os pontos de
queimadas identificados pelo satélite estão na cor rosa, os pontos em vermelho
são as representações municipais e (B) Focos de emissão de CO por queimadas
em Alagoas para o mês de nove novembro de 2011, inseridos no modelo
WRF/Chem com base aos obtidos no site do CPTEC/INPE.............................62
Figura 3.8 -
Focos de queimadas observados no mês de janeiro de 2013 no estado de Alagoas,
por satélites em órbita polar...............................................................63
Figura 3.9 -
Gráfico representativo ao número de focos diários detectados por satélites em
órbita polar no estado de Alagoas de 01 de janeiro à 01 de fevereiro de
2013...................................................................................................................64
Figura 3.10 -
Focos de queimadas observados das 12 horas às 12 horas do dia seguinte nos
dias: (A) 27 de janeiro ao dia 28 de janeiro (51 focos), (B) 28 de janeiro ao dia
29 de janeiro (24 focos), (C) 29 de janeiro ao dia 30 de janeiro (26 focos), (D)
30 de janeiro ao dia 31 de janeiro (32 focos), (E) 31 de janeiro ao dia 01 de
fevereiro (34 focos), no estado de Alagoas.......................................................65
Figura 3.11 -
Variação horária das entradas das emissões de queima de biomassa do modelo
WRF/Chem, para (a) CO e (b) PM2,5................................................................68
Figura 3.12 -
Localização das cidades onde estão estações automáticas do INMET, no Estado
de Alagoas............................................................................................69
Representação da concentração do CO emitido nos seis pontos de emissão no
dia 21 de Maio de 2011 às (A) 13Z, (B) 17Z e (C) 20Z, e no dia 22 de Maio de
2011 às (D) 00Z, (E) 07Z e (F) 12Z, respectivamente......................................72
Figura 4.1 -
Figura 4.2 -
Dispersão vertical e horizontal das emissões de CO nos 6 focos de queimadas do
dia 21 de maio de 2011 às (A) 13Z, (B) 14Z, (C) 15Z, (D) 16Z, (E) 17Z e (F)
18Z, (G) 19Z e (H) 20Z, respectivamente...................................................73
Figura 4.3 -
Dispersão vertical e horizontal das emissões de CO nos 6 focos de queimadas do
dia 21 de maio de 2011 às (I) 21Z e (J) 22Z, (K) 23Z, (L) 00Z, (M) 01Z, (N)
02Z, (O) 03Z e (P) 04Z, respectivamente..........................................................74
Figura 4.4 -
Dispersão vertical e horizontal das emissões de CO nos 6 focos de queimadas do
dia 22 de maio de 2011 às (S) 07Z (T) 08Z (U) 09Z, (V) 10Z, (W) 11Z e (X)
12Z, respectivamente..................................................................................75
Figura 4.5 -
Concentração de CO e direção do Vento às (A) 01Z, (B) 13Z e (C) 19Z do dia
01 de novembro de 2011..................................................................................78
Figura 4.6 -
Concentração de CO e direção do Vento às (D) 01Z, (E) 13Z e (F) 19Z do dia
02 de novembro de 2011...................................................................................79
Figura 4.7 -
Concentração de CO e direção do Vento às (G) 01Z, (H) 13Z e (I) 19Z do dia 03
de novembro de............................................................................................80
Figura 4.8 -
Concentração de CO e direção do Vento às (J) 01Z, (K) 13Z e (L) 19Z Do dia
04 de Novembro de 2011..................................................................................81
Figura 4.9 -
Concentração de CO e direção do Vento às (M) 01Z, (N) 13Z e (O) 19Z Do dia
04 de Novembro de 2011..................................................................................82
Figura 4.10 -
Dados de Umidade Relativa (%) e Temperatura (°C) do ar, obtidos das estações
do INMET das 00 UTC do dia 28 de janeiro às 12 UTC dia 01 de fevereiro de
2013,
para
os
municípios
de
Maceió,
Arapiraca
e
Coruripe.............................................................................................................84
Figura 4.11 -
Dados de direção (%) e velocidade (°C) do vento, obtidos das estações INMET
das 00 UTC do dia 28 de janeiro às 12 UTC dia 01 de fevereiro de 2013, para o
município de (A) Maceió..................................................................................85
Figura 4.12 -
Dados de direção (%) e velocidade (°C) do vento, obtidos das estações INMET
das 00 UTC do dia 28 de janeiro às 12 UTC dia 01 de fevereiro de 2013, para os
municípios de (B) Arapiraca e (C) Coruripe...............................................867
Figura 4.13 -
Imagens do satélite GOES-13 no canal vapor d’água para às para 00Z dos dias (a)
28/01/2013, (b) 29/01/2013, (c) 30/01/2013, (d) 31/01/2013 e (e)
01/02/2013.........................................................................................................87
Figura 4.14 -
Carta Sinótica do nível de 250hPa para às d’água para às 00Z do dia 28 de janeiro
ao dia 01 de fevereiro de 2013..............................................................88
Figura 4.15 -
Carta de pressão ao Nível do Mar para 00UTC dos dias (a) 28/01/2013, (b)
29/01/2013, (c) 30/01/2013, (d) 31/01/2013 e (e) 01/02/2013..........................89
Figura 4.16 -
Dispersão e Concentração de Monóxido de carbono do dia 28 de janeiro ao dia
1 de fevereiro de 2013 em Alagoas.................................................................95
Figura 4.17 -
Dispersão e Concentração de Material Particulado Fino do dia 28 de janeiro ao
dia 1 de fevereiro de 2013 em Alagoas...........................................................100
Figura 4.18 -
(A) localização no Estado de Alagoas do município de Penedo (-10.3S,36.58W), e (B) Relação entre o níveis do modelo e altura vertical
(metros)…........................................................................................................102
Figura 4.19 -
Ascensão da pluma de CO na caixa de grade durante o dia 28 de janeiro de 2013
(A) sem o mecanismo e (B) com o mecanismo......................................103
Figura 4.20 -
Ascensão da pluma de PM2,5 na caixa de grade durante o dia 28 de janeiro de
2013 (A) sem o mecanismo e (B) com o mecanismo. ....................................104
Última imagem de saída do modelo para os 5 dias de análise, do dia 28 de janeiro
a 1 de fevereiro, respectivamente .......................................................105
Total ascendente de CO na camada atmosférica do dia 28 de janeiro ao dia 1 de
fevereiro de 2013.............................................................................................106
Figura 4.21 Figura 4.22 -
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 -
Representação dos maiores produtores de cana-de-açúcar no Brasil no ano de
2012.....................................................................................................................22
Tabela 2.1 -
Índice de qualidade do ar (IQAr) estabelecidos na resolução CONAMA nº3 de
28/06/90...............................................................................................................25
Tabela 2.2 -
Fatores de Emissão de CO e PM2,5......................................................................43
Tabela 2.3 -
Concentrações de CO e PM2,5 registrados em estudos sobre queimadas de canade-açúcar ............................................................................................................45
Tabela 3.1
Descrição das etapas de evolução do estudo.......................................................59
Tabela 3.2 -
Parametrizações físicas e químicas utilizadas na execução do modelo
WRF/Chem..........................................................................................................60
Tabela 3.3 -
Valores utilizados na Equação 3.5, para dados de entrada no “Biomass Burning
Emission Input” para queimadas da palha da cana-de-açúcar............................66
Tabela 3.4 -
Representação do grau de correlação linear de Pearson......................................70
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AB –
Alta da Bolívia
AERONET –
Aerosol Robotic Network
AIRS –
Atmospheric Infrared Sounder
AMSU –
Advanced Micro-Sounding Unit
ARW –
Advanced Research WRF
AVHRR -
Advanced Very High Resolution Radiometer
BaP –
Benzopireno
BBEI –
Biomass Burning Emission Input
CALIPSO –
Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation
CCATT-BRAMS – The Coupled Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian
developments on the Regional Atmospheric Modeling System
CETESB -
Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
CH4 –
Metano
CH3Cl -
Cloro Metano
CLP –
Camada Limite Planetária
CO –
Monóxido de Carbono
CO2 –
Dióxido de Carbono
COHb –
Carboxihemo Globina
CONAMA –
Conselho Nacional do Meio Ambiente
COVs –
Compostos Orgânicos Voláteis e Semivoláteis
CPTEC –
Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climático
DOE –
Diário Oficial do Estado
DSA –
Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais
EOS –
Earth Observing System
EC –
Carbono Elementar (Fuligem)
ENOS –
El Niño de Oscilação Sul
EOSDIS –
Earth Observing System Data and Information System
FAA –
U. S. Federal Aviation Administration
FAO –
Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura
FIM –
Flow-following finite-volume Icosahedral Model
FNL –
NCEP Final Analysis
GES DISC –
Goddard Earth Sciences, Data and Information Services Center
GFED –
Global Fire Data
GFS –
Global Forecast System
GIOVANNI –
Geospatial Interactive Online Visualization and analysis Infrastructure
GOCART –
Georgia Tech/Goddard Global Ozone Chemistry Aerosol Radiation and
Transport
GRACES –
Global-Regional Atmospheric Chemistry Event Simulator
H2 –
Hidrogênio
HC –
Hidrocarbonetos
HCHO –
Formaldeído
HPAs –
Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos
H2S2 –
di-sulfito de hidrogênio
IBGE –
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
INMET –
Instituto Nacional de Meteorologia
INPE –
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
IQAR –
Índice de Qualidade do ar
IPCC –
Intergovernmental Panel on Climate Change
LIDAR –
Light Detection and Ranging
MADE/SORGAM - Modal Aerosol Dynamics Model for Europe/ Secondary Organic
Aerosol Model
MIRS –
Multi-angle Imaging Spectroradiometer
MM5 –
Mesoescale Model 5 generation
MMM –
Mesoscale & Microscale Meteorology Division
MODIS –
Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer
NAPAP –
National Acid Precipitation Assessment Program
MOZART –
Model of Ozone and Related Tracers
NASA –
National Aeronautics and Space Administration
NCAR –
National Center for Atmospheric Research
NCEP –
National Centers for Environmental Prediction
NCN –
Núcleo de Condensação de Nuvens
NEB –
Nordeste do Brasil
NGA -
National Geospatial-Intelligence Agency
NH3 –
Amônia
N2O –
Óxido Nitroso
NO2 –
Dióxido de Nitrogênio
NOx –
Óxidos de Nitrogênio
NOAA –
National Oceanic and Atmospheric Administration
NRL –
U. S. Naval Research Laboratory
NWS –
National Weather Service
O3 –
Ozônio
OH –
Hidróxidos
OMS –
Organização Mundial de Saúde
ORA2 –
Ácidos Orgânicos
PM2.5 –
Material Particulado Fino (0,1 e 2,5 µm)
PM10 –
Material Particulado Grosso (ou PI10 - Partículas inaláveis)
PNT –
Previsão Numérica do Tempo
POAS –
Perturbações Oscilatórias do Atlântico Sul
PPBV –
Parte por Bilhão por Volume
PPMV –
Parte por Milhão por Volume
PREP-CHEM-SRC – Pre-Processor of Chemistry Sources
PREVFOGO -
Sistema Nacional De Prevenção e Combate De Incêndios Florestais
PTS –
Partículas Totais em Suspensão
RADM2 –
Regional Acid Deposition Model (versão 2)
RAMS –
Regional Atmospheric Modeling System
RETRO –
Reanalysis of the Tropospheric chemical composition over the past 40
years.
RMSP –
Região Metropolitana de São paulo
SEMARH/AL –
Secretaria Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado
de Alagoas
SIG QUEIMADAS - Sistema de Informações Geográficas de Queimadas
SINDAÇÚCAR/AL – Sindicato da Indústria do Açúcar e do Álcool no Estado de Alagoas
SOA –
Secondary organic aerosols
SO2 –
dióxido de enxofre
SRTM –
Shuttle Radar Topography Mission
Tg –
Tera grama
TPM –
Total de material particulado
VAS –
Visible Infrared Spin Scan Radiometer Atmospheric Sounder
VCAN –
Vórtice Ciclônico de Altos Níveis
UR -
Umidade relativa
USEPA –
United States Environmental Protection Agency
USGS Eros Data Center - United States Geological Survey Data Center
UTC –
Universal Time Coordinated
Z–
Hora Zulu
ZCAS –
Zona de Convergência da América do Sul
ZCIT –
Zona de Convergência Intertropical
WRF –
Weather Research and Forecasting
WRF/CHEM –
Weather Research and Forecasting – Chemistry
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO......................................................................................................20
2
REVISÃO DE LITERATURA.............................................................................25
2.1
Poluição Atmosférica..............................................................................................25
2.1.1
Índice de Qualidade do ar.........................................................................................26
2.1.2
Queima de Biomassa................................................................................................27
2.1.3
Transporte de poluentes em queimadas....................................................................30
2.1.4
Remoção de poluentes emitidos em queimadas.......................................................32
2.1.5
Principais poluentes emitidos em queimada.............................................................32
2.1.6
Efeitos das queimadas à saúde..................................................................................33
2.2
Sensoriamento Remoto e Poluição Atmosférica..................................................35
2.2.1
Sensoriamento Remoto na identificação dos focos de queimadas...........................35
2.2..
Sensores Orbitais de Qualidade do Ar......................................................................37
2.3
Modelagem e Poluição Atmosférica......................................................................37
2.3.1
Acoplamento meteorologia e química......................................................................38
2.3.2
Modelo de dispersão de poluentes............................................................................38
2.3.3
Determinação da taxa de emissão de poluentes em queimadas................................39
2.3.4
Estudos de Modelagem atmosférica e queimadas....................................................40
2.4
Cana-de-açúcar.......................................................................................................43
2.4.1
A cultura da cana-de-açúcar.....................................................................................43
2.4.2
Cana-de-açúcar no estado de Alagoas......................................................................44
2.4.3
Estudos sobre queimadas de cana-de-açúcar............................................................45
3
MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................47
3.1
Área de Estudo........................................................................................................47
3.1.1
Topografia................................................................................................................
3.1.2
Vegetação.................................................................................................................48
3.1.3
Climatologia.............................................................................................................48
3.1..
Área Canavieira........................................................................................................50
3.2
Descrição e Configuração do WRF/Chem............................................................50
3.2.1
Módulo químico do WRF/Chem..............................................................................51
3.2.2
Atualização dados de Topografia.............................................................................54
3.2.3
Programa de Emissão de queima de biomassa (BBEI) ...........................................55
3.2.3.1
Identificação dos focos de queimadas......................................................................55
3.2.3.2
Determinação da Taxa de Emissões dos Poluentes .................................................57
3.2.3.3
Variação Temporal da Emissões..............................................................................58
3.2.3.4
Atualização dos Focos de Queimadas......................................................................58
3.2.4
Configuração das Simulações...................................................................................58
3.2.4.1
Evolução dos Testes com o WRF/Chem..................................................................58
3.2.4.2
Configuração do Biomass Burning Emission Input.................................................60
3.3
Dados de qualidade do ar por Sensoriamento Remoto.............................................68
3..
Dados Meteorológicos..............................................................................................69
4
RESULTADOS E DISCUSSÕES..........................................................................71
4.1
Fase INICIAL.........................................................................................................71
4.2
Fase INTERMEDIÁRIA........................................................................................76
4.3
Fase COMPLETA..................................................................................................83
4.3.1
Dados Meteorológicos..................................................................................................83
4.3.2
Análise Sinótica..........................................................................................................86
4.3.3
Monóxido de Carbono..............................................................................................89
4.3.4
Material Particulado Fino.........................................................................................96
4.3.5
Contribuição da queimada na Convecção "Plume Rise"........................................101
4.3.6
Sensoriamento Remoto...........................................................................................104
CONCLUSÃO.....................................................................................................107
REFERÊNCIAS..................................................................................................108
APÊNDICE A......................................................................................................122
20
1 INTRODUÇÃO
Atualmente a qualidade do ar é considerada como uma das maiores preocupações no
âmbito da saúde humana e do meio ambiente. Desde o século passado, estudos referentes à
poluição e qualidade do ar se tornaram mais frequentes nos meios acadêmicos devido ao
aumento da emissão de componentes químicos nocivos à saúde da população. A utilização
desenfreada de combustíveis fósseis, a expansão de indústrias desde a Revolução Industrial e a
prática extensiva de queima de biomassa pela agricultura, são alguns dos fatores para esse
aumento na emissão de poluentes.
Além da queima de biomassa ser a maior fonte de partículas finas e a segunda em gases
traços na atmosfera global (Crutzen e Andreae, 1990; Bond et al., 2004; Yokelson et al., 201),
ainda assim, as partículas emitidas e formadas em plumas de queima de biomassa podem afetar
de forma direta e indireta o clima (Hobbs el al., 1997; Rosenfeld, 1999; Akagi et al., 2011).
Vários estudos e experimentos vêm sendo realizados ao redor do mundo através de
observações de sensores abordo de satélites no intuito de entender os impactos causados pela
queima de biomassa no clima e na qualidade do ar global (Zhang et al.,2008). Já a instalação
de estações de medição de concentração de poluentes e qualidade do ar se tornam frequentes
em grandes cidades que sofrem sobre a influência de queimadas no seu entorno. Também por
meio de modelos computacionais acoplados, entre as partes química e meteorológica, que
simulam os impactos causados pelas emissões de poluentes atmosféricos no meio ambiente.
Este método é de maior valia para o estudo do impacto causado por queimadas, devido a
abrangência de áreas maiores. Porém, uma das grandes dificuldades dos modelos que estudam
a dispersão dos poluentes seria a determinação da localização e tamanho dos focos de
queimadas e a taxa de emissão dos poluentes.
O modelo WRF (Weather Research and Forecast) é o Estado da arte nos sistema de
previsão do tempo em mesoescala. Em março do ano 2000, foi iniciada a implementação da
química no modelo, a qual foi baseado, em comparações estatísticas com o modelo MM5/Chem
(Penn State/NCAR nonhydrostatic mesoscale model), e fundamentado em dados detalhados de
fotoquímica coletados durante a pesquisa de campo (NEAQS) no verão de 2002 (Grell et al.,
2005). O modelo WRF/Chem trata-se de um modelo de acoplamento “online”, pois calcula a
meteorologia e a química em conjunto, ou seja, a meteorologia influencia a química, bem como
a química influencia a meteorologia. O modelo WRF/Chem tem sido largamente usado em
estudos entre a interação de aerossol, reações químicas, traçadores químicos e condições
21
meteorológicas (Chapman et al., 2009; Gustafson et al., 2007; Ntelekos et al., 2009; Tie et al.,
2009; Lin et al., 2010; Grell et al., 2010).
Grell et al. (2010), realizaram estudo para a inclusão da queima de biomassa no modelo
WRF/Chem, e assim observar o impacto de queimadas na previsão do tempo no Alaska, durante
o ano de 2004. Mostrou-se que, a inclusão dos incêndios nas simulações do modelo, acarreta
na interação dos aerossóis com o balanço de radiação atmosférica, o que resultou em
modificações significativas nos perfis verticais de temperatura e umidade em áreas sem nuvens.
Por outro lado, quando as nuvens estavam presentes, as altas concentrações de aerossol fino
(PM2,5) e o grande número de Núcleos de Condensação de Nuvens (NCN) tiveram um forte
impacto sobre a microfísica de nuvens.
França (2012), estudou as emissões associadas a queima da palha da cana-de-açúcar no
Estado de São Paulo e seus impactos na qualidade do ar. Foi observado que os efeitos das
emissões associadas à prática da queima da palha da cana-de-açúcar podem exceder a escala
local e afetar também a composição química da atmosfera em Estados vizinhos, em especial,
Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e Paraná. O estudo das emissões e da
composição química da atmosfera na região de São Paulo foi realizado por meio do modelo
CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian
developments on the Regional Atmospheric Modeling System, Freitas et al., 2005), utilizado
operacionalmente pelo INPE como ferramenta de previsão da qualidade do ar.
O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo, responsável por mais da
metade do açúcar comercializado (Ministério da Agricultura, 2013). Com uma produção de 721
milhões de toneladas em 2012, concentrado em 7,8 milhões de hectares (IBGE, 2013). O Estado
de São Paulo é o maior produtor no país, responsável por mais 56% da produção no ano de
2012. Na Tabela 1.1, é apresentado os principais Estados produtores da cana-de-açúcar no
Brasil no ano de 2012, de acordo com dados do IBGE.
22
Tabela 1.1 Representação dos maiores produtores de cana-de-açúcar no Brasil no ano de 2012.
#
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Unidade da Federação
São Paulo
Minas Gerais
Goiás
Paraná
Mato Grosso do Sul
Alagoas
Mato Grosso
Pernambuco
Bahia
Paraíba
Produção (Tons.)
406.152.815
70.521.498
58.348.797
47.940.989
37.761.461
27.674.454
17.108.709
14.242.228
6.894.350
5.865.365
Fonte: adaptado IBGE, 2013
O Nordeste do Brasil é produtor de cana-de-açúcar mais antigo do Brasil. No Estado de
Alagoas, maior produtor da região nordeste, como nos demais Estados produtores de cana-deaçúcar, a cultura canavieira foi um dos fatores de formação e desenvolvimento regional. A
produção em grande escala da cana-de-açúcar proporciona regionalmente um processo de
monocultura agrícola, que é de fácil visualização nos tabuleiros costeiros do Estado, utilizando
imagens de satélite. Na figura 1.1, são mostradas visões aéreas de canaviais no período sem e
com queima.
O setor agrícola brasileiro vem sendo marcado por um novo ciclo no plantio da canade-açúcar para obtenção do álcool combustível, não apenas para substituição do petróleo devido
à elevação dos preços internacionais, mas por questões relacionadas às mudanças climáticas, já
que o etanol é uma fonte alternativa de energia renovável e menos poluidora. Dentre as fontes
de energia usadas no Brasil, a cana-de-açúcar passou a ser a segunda matriz energética,
superando a energia hidráulica, apenas atrás do petróleo (Gonçalves et al., 2013).
O cultivo da cana-de-açúcar se faz mais viável, tanto para produção de açúcar quanto
para produção de etanol, em comparação à culturas como o milho, por exemplo, devido a
fatores, como: custo, estocagem, fermentação e, principalmente, produtividade, onde um
hectare de cana-de-açúcar rende 90 toneladas de cana e produz 7 a 8 mil litros de etanol,
enquanto em uma área do mesmo tamanho de milho, produz apenas 15 a 20 toneladas de milho
e apenas 3500 litros de etanol (Bosso e Machado, 2006; Weingrill, 2007; Salla e Cabello, 2010).
23
A queima da palha da cana-de-açúcar é um procedimento comum adotado no Brasil,
com o propósito de facilitar as operações de colheita, oferecendo não só maior segurança ao
trabalhador agrícola, ainda, oferecendo maiores lucros ao produtores devido à economia no
tempo e ausência de maquinário agrícola. A queimada consiste em incendiar o canavial para
promover a limpeza das palhas secas e verdes. Um dos pontos mais críticos sobre a queima da
palha da cana-de-açúcar são as emissões de gases do efeito estufa na atmosfera, como por
exemplo: dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxido nitroso (N2O), metano
(CH4) e a formação do ozônio (O3), além da poluição do ar atmosférico por matérias sólidas,
como a fumaça e a fuligem (Gonçalves et al., 2013).
Figura 1.1 - Visão aérea de talhões de cana-de-açúcar (A) em Matriz do Camaragibe no Estado
de Alagoas, durante o período de não queima e (B) em Bauru no Estado de São Paulo, durante o
processo de queimada.
(A)
(B)
Fonte: (A) Fotografias aéreas, 2013; (B) Tyba, 2008.
Contudo, o objetivo principal deste trabalho são:
Elaborar um sistema de pré-processamento químico para o acoplamento da
meteorologia e química no WRF/Chem para queima de biomassa, levando em consideração a
determinação de poluentes emitidos, bem como, quantidade emitida; localização dos focos de
queimadas no Estado de Alagoas através de sensoriamento remoto; considerações específicas
sobre o processo da queima da palha de cana-de-açúcar;
Validar os resultados obtidos com estudos referentes à queima de biomassa,
cana-de-açúcar;
Validar os resultados com produtos de sensoriamento remoto oriundos de
satélites com sensores ambientais;
24
Avaliar os produtos obtidos pelo modelo atmosférico WRF/Chem em relação à
dispersão dos poluentes e qualidade do ar no Estado de Alagoas.
25
2
REVISÃO DE LITERATURA
Neste tópico será feito uma revisão de estudos bibliográficos referente à poluição
atmosférica, queima de biomassa e cana-de-açúcar. A partir de considerações referente a
poluição atmosférica é feito um levantamento informações detalhadas sobre todo o processo da
queima de biomassa, a partir da ignição do incêndio até seu comportamento quando suspenso
na atmosfera. Além de visões de autores sobre os diferentes meios de se estudar as emissões de
queima de biomassa quando emitidas na atmosfera, referente a sensoriamento remoto e
modelagem atmosférica, Por último, será discutido sobre a cana-de-açúcar, sua política e
história no Estado de Alagoas.
2.1 Poluição Atmosférica
A legislação federal brasileira, na forma de Lei nº 6.938 de 1981 define poluição
atmosférica como a degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou
indiretamente prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população, ainda, criem
condições adversas às atividades sociais e econômicas, afetem desfavoravelmente a biota,
afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente, e lancem matérias ou energia em
desacordo com os padrões ambientais estabelecidos (BRASIL, Artigo 3º, inciso III, 1988).
O nível de poluição atmosférica é determinado pela quantificação de substâncias
poluentes no ar. De acordo com a resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente
(CONAMA) nº3 de 28/06/1990, poluente atmosférica é:
“Qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo
ou características em desacordo com os níveis estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o
ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos
materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às
atividades normais da comunidade. ”
Em geral, essas substâncias podem se acumular de maneira que cause efeitos negativos
sobre os seres vivos quando o meio ambiente se torna incapaz de absorver e eliminar os
poluentes da atmosfera (Matsuda, 2009).
Entre os poluentes, existem alguns grupos que são usados como indicadores da qualidade
do ar, em particular, causados pelos efeitos adversos sobre o meio ambiente e à saúde da
população. Desta forma, estão inseridos: monóxido de carbono (CO), dióxido de enxofre (SO2),
26
óxido de nitrogênio (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2), hidrocarbonetos (HC), ozônio (O3) e
o material particulado (PM). Esses poluentes uma vez presente no ar, ainda podem interagir
química e fisicamente entre si, de modo a gerar componentes derivados (CETESB, 2009).
2.1.1
Índice de Qualidade do ar
O Índice de Qualidade do Ar é um padrão utilizado para transformar as concentrações
dos diversos poluentes em um único valor adimensional que possibilita a comparação com os
limites legais de concentração para os diversos poluentes.
Na Tabela 2.1, são mostrados os Padrões Nacionais de Qualidade do Ar e os critérios para
episódios agudos da poluição do ar estabelecidos conforme a Resolução CONAMA nº 03 de
28/06/1990, para seis poluentes atmosféricos, a saber: Partículas Totais em Suspensão (PTS),
Partículas Inaláveis (PI10), Dióxido de Enxofre, Dióxido de Nitrogênio, Ozônio e Monóxido
de Carbono.
Tabela 2.1. Índice de qualidade do ar (IQAr) estabelecidos na resolução CONAMA nº3 de
28/06/90.
ÍNDICE DA QUALIDADE DO AR (IQAr)
Qualidade
Níveis de Cautela
PTS
PI10
SO2
NO2
CO
O3
Sobre a Saúde
(µg/m³)
(µg/m³)
(µg/m³)
(µg/m³)
(ppm)
(µg/m³)
0-80
Índice
Boa
0-50
0-80
0-50
0-80
0-100
0-4,5
Regular
51-100
81-240
51-150
81-365
101-320
4,6-9,0 81-160
Inadequada
101-199
241-375
151420
366-800
3211130
9,115,0
161400
Má
200-299
376-625
251420
8011600
11312260
15,130
401800
626-875
421500
16012100
22613000
30,140
8011000
>875
>500
>2100
>3000
>40
>1000
Insalubre para grupos
sensíveis
Muito insalubre
(Nível de Atenção)
Perigoso
Péssima
300-399
(Nível de Alerta)
Crítica
400 ou
maior
Muito perigoso
(Nível de Emergência)
Os índices, até a classificação REGULAR, atendem aos Padrões de Qualidade do Ar estabelecidos pela
Resolução CONAMA 03 de 28/06/1990.
Fonte: CONAMA, 1990.
27
2.1.2
Queima de Biomassa
A queima de biomassa é uma ferramenta utilizada comumente para ajudar no manejo
da terra e atividades relacionadas, incluindo: o desmatamento de florestas e savanas para uso
agrícola e de pastagens; controle de grama, ervas daninhas, lixo e por vezes pragas; em terras
agrícolas e de pastagem pode estar associada na eliminação de palhas e resíduos, antes e depois
a colheita (Levine et al., 1995).
Biomassa pode ser definida como sendo o resultado da fotossíntese para a produção de
hidratos de carbono estruturais e não estruturais que compreendem em tecidos dos vegetais ou
das plantas. Os componentes de biomassa incluem celulose, hemicelulose, lignina, lipídios,
proteínas, açúcares simples, amido, água, hidrocarbonetos, cinzas e outros compostos. As
concentrações de cada classe de compostos podem variar dependendo da espécie, do tipo de
tecido de planta, fase e condições de crescimento. A matéria vegetal, ou biomassa, pode ser
considerada com uma fonte primária de energia, utilizada na alimentação de seres vivos e assim
manutenção da vida na terra, ou como matéria prima para produção de outras formas de energia,
em forma de combustível (Jenkins et al. 1998).
Queima, ou combustão, é um processo complexo envolvendo reações químicas, físicas e
transferência de massa e calor. O processo de queima também é definido como a combinação
de reagentes, tais como: combustíveis, água e ar; esses reagem entre si para produção de alguns
produtos da combustão e emissões (Jenkins et al. 1998; Wardoyo, 2007).
Queima de biomassa é a queima de vegetação, viva ou morta. Essa pode ser
antropogênica, quando o ser humano inicia a queimada, sendo para o desmatamento e/ou
mudança no uso da terra. Já na forma biogênica, naturalmente, no caso de incêndios induzidos
por raios, por exemplo. Os cientistas estimam que os seres humanos são responsáveis por cerca
de 90% da queima de biomassa, com apenas uma pequena percentagem de incêndios naturais,
contribuindo para a quantidade total da vegetação queimada (NASA - Earth Observation, 2013).
A queima de biomassa libera grandes quantidades de partículas sólidas (partículas de
combustão de carbono sólido) e gases, incluindo gases de efeito estufa.
O conteúdo de umidade da biomassa também determina processo de combustão. Se o
conteúdo de umidade é elevado, não reagem espontaneamente e uma maior quantidade de
energia é necessária para evaporar a água. Isto reduz o valor calorífico da biomassa e diminui
a eficiência da combustão (Jenkins et al., 1998). Por outro lado, o menor conteúdo de umidade
faz com que a biomassa queime de forma mais rápida, levando a uma queima incompleta, o que
28
aumenta a formação de partículas de fumaça (partículas sólidas). O fornecimento de oxigênio
durante a queima tem sido reconhecido como um fator importante que contribui para a produção
de emissões (Zou et al, 2003; Wardoyo, 2007).
De acordo com Freitas et al. (2005), a evolução de uma queimada é descrita em quatro
estágios: ignição, chamas, brasas e extinção. O estágio de ignição da biomassa depende do seu
tipo e de sua umidade e de fatores ambientais, como temperatura, umidade relativa e vento. O
estágio de chamas inicia-se com um processo pirolítico, durante o qual as elevadas temperaturas
provocam uma ruptura das moléculas constituintes da biomassa. Componentes de alto peso
molecular são decompostos em compostos de peso molecular mais baixo, tais como o carvão e
o alcatrão, os quais constituem fonte primária de energia para as chamas, e finalmente em
compostos de natureza gasosa. A temperatura numa queimada pode chegar a 1800K,
produzindo carvão e liberando, principalmente, vapor d’água, CO2 e CO (dióxido e monóxido
de carbono, respectivamente). Com a diminuição das condições necessárias para a manutenção
das chamas, a queima entra em um estágio mais “frio”, denominado, fase de brasas, quando a
temperatura no interior da chama está abaixo de 1000 K, reduz-se drasticamente a produção de
CO2, há uma grande emissão de compostos incompletamente oxidados, como o CO, além de
uma rápida formação de partículas e acreção de partículas orgânicas de carbono.
O estágio de brasa é a responsável pela emissão da maior parte do material particulado
(Ward et al., 1992). A extinção pode ser alcançada devido a vários fatores, além da diminuição
da quantidade de biomassa disponível. Fatores ambientais causadores seriam, por exemplo, o
resfriamento convectivo devido ao entranhamento de ar mais frio, o resfriamento radiativo e o
baixo suprimento de oxigênio em relação à densidade e tamanho da biomassa. A quantidade
de água na biomassa pode determinar qual fase, de chamas ou de brasas, será mais significativa,
definindo, por exemplo, as proporções de CO e CO2 emitidos. O clima local tem grande
relevância na determinação da quantidade de biomassa disponível para a queima. O tempo
local, através da temperatura, precipitação e umidade e o vento, determinam condições
necessárias para a ocorrência do fogo e seu comportamento, no que refere à razão entre a
combustão da fase de chamas para a de brasas.
A fase de brasas é a que apresenta maior número de diferentes compostos emitidos,
enquanto que a fase de chamas apresenta maiores quantidades de material emitido. A principal
emissão acontece na forma de CO2, produzido principalmente na fase de chamas. As emissões
deste composto representam em média cerca de 80% a 85% da massa total de carbono
queimado, podendo, no entanto, variar de 50% a 99%. A emissão de carbono na forma de CO
29
representa em média 7%, podendo variar entre 2% a 15%. Em terceiro lugar, aparecem os
hidrocarbonetos com médias em torno de 2% a 3%, com CH4 (metano) representando cerca de
0,5%. O material particulado é emitido em ambas as fases, sendo sua composição elementar e
distribuição de tamanho dependentes do estágio em que foi emitido (Lobert e Warnatz, 1993;
Freitas et al., 2005).
O fogo é, também, amplamente utilizado na plantação de cana-de-açúcar, normalmente,
essa prática ocorre ao entardecer por ser um horário em que a temperatura e a umidade do
canavial são menores, os ventos são mais fracos e mantém a direção constante. O fogo é intenso,
porém, dura pouco tempo, especialmente se o clima estiver seco e com baixa umidade, o que é
característico do clima de inverno no interior paulista. A duração do fogo é de cerca de 20 a 30
minutos, dependendo do tamanho do talhão, e cessa após a queima total da palha seca (Zancul,
1998)
A queima intencional de terras ocasiona uma das principais fontes de produtos de
combustão para a atmosfera. A queima de vegetação inclui a emissão de gases como CO2, CO,
NOx (Óxidos de Nitrogênio), CH4 (Metano), hidrocarbonetos não metálicos e partículas
elementares e orgânicas. Para CH4, por exemplo, estima-se que 40 Tg/ano de um total emitido
de 598 Tg/ano é resultado da queima de biomassa. Para CO, uma fonte de biomassa emite 700
Tg/ano de um total de 2780 Tg/ano. Para NOx, é estimado que a queima de biomassa contribui
globalmente com 7,1 Tg/ano, comparado com 33 Tg/ano para a queima de combustíveis fósseis
(Seinfeld, 2006). O efeito das emissões das queimadas sobre a química da atmosfera e clima,
principalmente nos trópicos, é extremamente importante.
Crutzen e Andrae (1990) e Andrae (1991), quantificaram a contribuição da queima de
biomassa para emissões globais anuais de alguns gases, comparando com as emissões totais de
outras fontes incluindo a queima de biomassa. É bastante evidente a partir da Tabela 2.1, que a
queima de biomassa resulta em contribuições importantes a nível mundial para a emissão
atmosférica de vários dos referidos gases. Como grande parte da queima é concentrada em
regiões limitadas e ocorre principalmente durante a estação seca, não é surpreendente que o
resultado das emissões de queima de biomassa se compare nos níveis de poluição atmosférica
ao das regiões industrializadas de países desenvolvidos. Esta comparação se aplica
especialmente a um grupo de gases que são os principais atores na fotoquímica atmosférica:
hidrocarbonetos (por exemplo o CH4), CO e NOx. Estes gases têm uma forte influência sobre a
química de O3, e OH (hidróxidos), e, assim, sobre o Estado oxidante da atmosfera. A queima
30
de biomassa inclui todos os incêndios em vegetações ao redor do mundo, Florestas, savanas e
terrenos agrícolas (seja para limpeza ou mudança no uso do terreno).
2.1.3
Transporte de poluentes emitidos em queimadas
O processo de transporte vertical de poluentes emitidos em queimadas é associado
diretamente a temperatura do material. Os gases e partículas que são emitidos em uma queimada
obtém uma flutuação positiva, devido a diferença de temperatura dos mesmos em relação ao ar
ambiente. Um dos fatores determinantes para altura final em que estes poluentes são injetados
na atmosfera é a estabilidade termodinâmica (Freitas et al. 2005). Ainda há a relação entre a
pluma de fumaça emitida e o ambiente, através da turbulência, que faz com que o ar mais frio
do ambiente se misture com a pluma e ocorra a diluição da mesma.
A mistura turbulenta da camada limite diurna, também transporta verticalmente estes
materiais, tendendo a homogeneizá-los por toda a camada de mistura. Na direção horizontal, a
advecção ocasionada pelo vento domina o transporte, arrastando os poluentes na direção do
fluxo da atmosfera dentro da Camada Limite Planetária (CLP). O entranhamento no topo da
CLP e processos convectivos úmidos atuam para transportar estes materiais para a troposfera,
rompendo a estabilidade no topo da CLP. Sistemas convectivos rasos e não-precipitantes
formam-se no topo da CLP e, tipicamente, atuam transportando gases e partículas para a baixa
troposfera, e desta forma ajudam na dispersão dos poluentes. Sistemas convectivos profundos
e precipitantes atuam de formas distintas dependendo da natureza higroscópica dos traçadores.
CO2 e CO, por exemplo, possuem baixa higroscopicidade, e desta forma são transportados pelas
correntes ascendentes até o topo da nuvem na alta troposfera onde são desentranhados no
ambiente. Uma vez na troposfera, o transporte destes poluentes se dá de forma mais eficiente
devido às velocidades maiores do fluxo de ar, transportando-os para regiões distantes dos locais
de emissão, transformando o problema de escala local para continental ou, mesmo, global
(Freitas et al., 2005). A figura 2.1 mostra os mecanismos de transporte de emissões de
queimadas para atmosfera.
31
Figura 2.1 Ilustração dos mecanismos físicos de transporte, vertical e horizontal, do material
emitido para atmosfera em uma queimada.
Fonte: Freitas et al., 2005.
A Dispersão é o processo no qual os poluentes se espalham por uma grande área e, assim,
reduzindo a sua concentração (Kozarev et al., 2011). Os Fatores que podem afetar a dispersão
dos poluentes são:
O vento pode contribuir na mistura dos poluentes com o ar limpo, causando assim a sua
diluição. Mas quando o vento está calmo, a diluição se torna um processo muito lento. Assim
como o vento depende das condições meteorológicas ele também depende dos obstáculos que
irá encontrar na superfície da Terra, que podem vir a contribuir na diminuição da velocidade do
mesmo. Desse modo, em áreas urbanas há uma diminuição da diluição dos poluentes do ar pelo
vento, pois este encontra impedimentos em seu caminho. Em áreas não urbanas, como áreas
agrícolas ou florestas tropicais, locais onde há queima de biomassa, devido à falta obstáculos,
os poluentes tendem a dispersar livremente por grandes localidades de acordo com a velocidade
do vento.
32
2.1.4
Remoção de poluentes emitidos em queimadas
Processos de remoção de poluentes da atmosfera são mais eficientes dentro da CLP, de
modo que, uma vez transportados para a alta troposfera, a vida-média destes pode aumentar
(Freitas et al., 2005). Porém, partículas de fumaça podem servir como núcleos de condensação
do vapor de H2O para formar gotículas de nuvem ou neblina, e ainda haver colisão das gotas de
chuva e partículas dentro e abaixo das nuvens (Goddish, 2004). Esse processo denominado
deposição úmida, inclui todos os processos pelos quais os gases e partículas suspensas no ar
são transferidas para a superfície da Terra na forma aquosa (chuva, neve, nevoeiro, nuvens,
orvalho). Sistemas convectivos induzem também a formação de correntes descendentes que
trazem parcelas de ar da média troposfera para a CLP, diluindo e esfriando a atmosfera local
(Freitas et al., 2005). As interações de camadas de ar e substâncias emitidas, sejam elas
partículas ou gás com a superfície terrestre (vegetação, água ou solo) induzem também a
remoção do material, num processo denominado deposição seca (Goddish, 2004).
2.1.5
Principais poluentes emitidos em queimadas
Material Particulado (PM) - Material Particulado é o termo usado para descrever uma
complexa mistura de partículas sólidas e líquidas em suspensão no ar, de origem natural ou
antropogênica, O tamanho, a composição química, e outras propriedades físicas e biológicas
dependem da fonte e das transformações atmosféricas sofridas pelas partículas. A descrição
comumente utilizada para caracterizar o material particulado quanto ao tamanho é o diâmetro
aerodinâmico, definido como o diâmetro de uma esfera densa que tem a mesma velocidade de
sedimentação da partícula em questão (Dockery and Pope, 1994; Arbex, 2001). O diâmetro
pode várias entre 0,002 µm e 100 µm. As partículas grandes com diâmetro acima de 100 µm
não permanecem por mito tempo em suspensão e tendem a precipitar rapidamente. As partículas
de maior importância para os aspectos físico-químicos da atmosfera e para a saúde humana são
as de diâmetro compreendido entre 0,002 a 10 µm (Arbex, 2001). Com base no diâmetro as
partículas podem ser classificadas da seguinte forma:
Ultrafinas ou núcleo de Aitken (partículas com diâmetro menos que 0,1 µm);
Finas ou de acumulação (partículas com diâmetro entre 0,1 e 2,5 µm);
Grandes ou grossas (partículas com diâmetro maior que 2,5 µm).
Partículas finas e ultrafinas são preferencialmente emitidas por processos de combustão.
Geralmente as partículas finas e ultrafinas são compostas por material carbonáceo, metais
33
compostos orgânicos e íons sulfatos, nitratos e amoníacos. As partículas ultrafinas tendem a se
agrupar por aglomeração ou por condensação, aumentando o diâmetro aerodinâmico e
transformando-se em partículas finas (USEPA, 1996). Segundo Ward and Hardy (1989) apud
Who (1999), a combustão com ausência de chamas libera várias vezes mais partículas finas que
a combustão com chamas.
Monóxido de Carbono (CO) - O CO é um gás tóxico incolor e inodoro produzido pela
combustão incompleta na queima de biomassa é menos abundante do que o CO2 e o vapor de
água. O CO é produzido mais abundantemente durante a combustão com ausência de chamas,
sendo que imediatamente após cessar a combustão são produzidos os níveis máximos de CO.
O mecanismo de toxicidade do monóxido de carbono está relacionado a sua grande afinidade
com a proteína heme1 carregadora de oxigênio. Essa proteína apresenta afinidade 220 vezes
maior pelo monóxido de carbono do que com o oxigênio e a exposição ao monóxido de carbono
produz no indivíduo a carboxihemoglobina (COHb) (Arbex, 2001). A carboxihemoglobina
formada diminui a capacidade do sangue de transportar oxigênio. Atua também desviando a
curva de dissociação de hemoglobina para a esquerda levando a uma diminuição da liberação
de oxigênio nos tecidos (Elson, 1987). Concentrações de CO de 35 ppm durante três a quatro
horas eleva o nível de carboxihemoglobina em 5% e produzem em seres humanos sinais de
desorientação e fadiga. Exposição a pequenas e moderadas concentrações de CO prejudica o
raciocínio e a percepção produz cefaleia, diminuição dos reflexos, redução da destreza manual,
e sonolência. Em altas concentrações pode levar à morte. Indivíduos com doença cardiovascular
ou respiratória pré-existente, crianças, idosos, e grávidas são considerados indivíduos de alto
risco (Malilay, 1999 apud Arbex, 2001).
.
2.1.5.1 Efeitos das queimadas à saúde
As emissões de queima de cana-de-açúcar podem apresentar riscos maiores para crianças,
idosos e asmáticos e têm como consequência maior demanda do atendimento dos serviços de
saúde (Ribeiro, 2008). Até recentemente, estudos com cana tinham a preocupação, apenas com
trabalhadores no processo produtivo, no estudo Phoolchund (1991) mostrou que cortadores
Heme – é um grupo prostético que consiste de um átomo de ferro contido no centro de um largo anel
orgânico heterocíclico chamado porfirina. O grupo heme possui um átomo de ferro ferroso "Fe++" para exercer a
função de ligação com o oxigênio em células sanguíneas, parte se liga a um resíduo de histidina da globina e outra
a uma molécula de oxigênio, a mioglobina possui um grupo heme na sua cadeia polipeptídica a hemoglobina
possui quatro grupos heme.
1
34
apresentavam riscos mais elevados de câncer de pulmão em consequência da queima da
folhagem.
Nas queimadas, a combustão é incompleta, com formação de compostos não totalmente
oxidados irritantes ao sistema respiratório e, em alguns casos, carcinogênicos. Malilay (1999)
afirma que o material particulado fino alcança os alvéolos e em grandes concentrações entra na
corrente sanguínea ou fica nos pulmões, resultando em doenças crônicas, como enfisema. O
monóxido de carbono pode causar hipóxia, ao prevenir o sangue de carregar oxigênio suficiente.
Fetos são especialmente susceptíveis, pois não podem compensar pela redução na
oxihemoglobina sem aumento sustentado na frequência cardíaca. Os aldeídos são irritantes das
mucosas e alguns, como o formaldeído, podem ser carcinogênicos. Compostos orgânicos
voláteis podem irritar a pele e os olhos, causar tontura, tosse e chiado e alguns são
carcinogênicos. Alguns desses gases, que por si só já são altamente danosos para a saúde e o
bem-estar da população são percussores do Ozônio, na medida em que ao reagirem
fotoquimicamente na atmosfera transformam-se neste gás, gerando a alta acumulação de
Ozônio na baixa atmosfera. Tal fenômeno é conhecido como ''smog fotoquímico''. Ozônio, em
altas concentrações, pode afetar a função pulmonar, causar tosse, engasgo, falta de ar, muco,
coceira e ardor na garganta, náusea e diminuição da função pulmonar, quando em exercício
(Malilay 1999).
Além da liberação dessas substâncias, a queima da palha de cana-de-açúcar produz a
''fuligem'', consistente me material particulado, proveniente da combustão incompleta da
matéria de queimada. Nesta fuligem foi detectada a presença massiva dos chamados
hidrocarbonetos policíclica aromática. Tais substâncias são consideradas de controle prioritário
pela Agência de Proteção ambiental Americana (USEPA). Sua importância se deve ao fato de
tratar de substâncias carcinogênicas, teratogênicas e/ou mutagênicas. Além disso, também
contribuem para danificar significativamente a flora, uma vez que se depositam sobre as folhas,
interferindo no processo de fotossíntese. Assim, além de causar danos à saúde da população, a
fuligem oriunda da queima da palha da cana-de-açúcar interfere também no desenvolvimento
de outras espécies vegetais.
Mazzoli-Rocha et. al, (2008) em pesquisa demonstraram que uma única pequena dose de
partículas ambientais produzidas pelo tráfego ou queima de cana de açúcar induz alterações
significativas na mecânica pulmonar e histologia do pulmão em camundongos. Porém, a
mecânica das vias aéreas é mais afetada em partículas de origem de queima de biomassa.
35
2.2 Sensoriamento Remoto e Poluição Atmosférica
2.2.1
Sensoriamento Remoto na identificação dos focos de queimadas
Uma maneira de determinar com precisão a localização exata e a extensão dos incêndios
é tendo uma visão global do espaço e assim realizando medições espaciais. O monitoramento
de queimadas em imagens de satélites é particularmente útil para regiões remotas sem meios
intensivos de acompanhamento, condição esta que representa a situação geral do Brasil. Uma
vez que nenhum satélite já tenha se dedicado ao monitoramento e medição do fogo, a maioria
das observações de incêndios do espaço são obtidos a partir de satélites existentes
desenvolvidos para outros fins. Medições de fogo são oriundas do AVHRR (Advanced Very
High Resolution Radiometer) presente na série de satélites do NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) e através do sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging
Spectroradiometer) presente nos satélites da NASA, Terra e Aqua. Os satélites com os sensores
AVHRR e MODIS podem determinar a localização e o tamanho da área queimada (Portal do
Monitoramento de Queimadas e Incêndios – INPE, 2012). Os sensoriamentos remotos de
incêndios globais indicam a África como "centro do fogo" no planeta, com mais biomassa
consumida pelo fogo do que em qualquer outro lugar na Terra. A Figura 2.2 representa mapas
de incêndios globais, de 10 dias entre 30/06/2013 a 09/07/2013, localizado através do sensor
MODIS, para representar a atividade do fogo atual ao redor do mundo. Os mapas de incêndios
acumulam as localizações dos incêndios detectados pelo sensor a bordo dos satélites da NASA,
Terra e Aqua, ao longo de um período de 10 dias. Cada ponto colorido indica um local onde
MODIS detectou pelo menos um incêndio durante o período de composição. As Cores variam
do vermelho (baixo), até o amarelo (alto), para a contagem de focos de queimadas.
36
Figura 2.2 - Mapas de Incêndios Globais de 10 dias entre 30/06/2013 a 09/07/2013.
Fonte: NASA – EOSDIS, 2013.
Setzer e Pereira (1991) implementaram de forma operacional no Instituto Nacional de
Pesquisas Espaciais (INPE), a técnica de detecção de focos de queimadas na região de cerrado
e floresta tropical no Brasil, usando o radiômetro AVHRR, a bordo da série de satélites NOAA.
São utilizados todos os satélites que possuem sensores óticos operando na faixa termal-média
de 4µm e que o INPE consegue receber através do seu sistema de recepção. Atualmente, são
processadas operacionalmente, na Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais (DSA -INPE), as
imagens AVHRR dos satélites polares NOAA-15, NOAA-16, NOAA-18 e NOAA-19, as
imagens MODIS dos satélites polares NASA TERRA e AQUA, as imagens dos satélites
geoestacionários GOES-12, GOES-13 e MSG-2. Cada satélite de órbita polar produz pelo
menos um conjunto de imagens por dia, e os geoestacioários geram algumas imagens por hora,
sendo que no total o INPE processa mais de 100 imagens por dia especificamente para detectar
focos de queima da vegetação. Esses produtos são disponibilizados em tempo quase real no site
do INPE (http://www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas/).
Para os satélites em órbita polar (série de satélites do NOAA a 800 km de distância da
Terra, e os satélites da NASA, Terra e Aqua a 730 km), trabalhos de validação de campo
indicaram que incêndios com cerca de 30 m de extensão por 1 m de largura, ou maior, serão
detectados. Para os geoestacionários, a 25 mil km de distância da Terra, o incêndio precisa ter
o dobro de tamanho para ser localizado. Entretanto, como o elemento de resolução espacial
(píxel) do satélite de órbita polar tem 1 km x 1 km ou mais, uma queimada de algumas dezenas
de m² será identificada como tendo pelo menos 1 km². Nas imagens dos satélites
geoestacionários, onde o píxel tem 4km x 4km, esta pequena queimada passará a ser indicada
37
por uma área de 16 km² ou mais. Assim, um foco de queimada, pode ser considerado como um
píxel de queima, pode indicar tanto uma pequena queimada assim como várias pequenas
queimadas,
ou
apenas
um
incêndio
muito
grande
no
seu
interior
(http://www.inpe.br/queimadas/faq.php).
2.2.2
Sensores Orbitais de Qualidade do Ar
O sensoriamento remoto via sensores (passivos e ativos) vêm obtendo grandes avanços
no meio científico e tecnológico para quantificar poluentes na atmosfera. A NASA é um dos
destaques nesse sentido, com sensores que fazem a medição da camada atmosférica de
poluentes emitidos por diversas fontes ao redor do mundo, com o programa especial de
monitoramento da Terra chamado de EOS (Earth Observing System). O EOS é um programa
com vários satélites em órbita polar para observações globais. O programa é formado por uma
série de satélites lançados desde 1997. Informações sobre os satélites podem ser obtidas na
internet
através
do
endereço:
http://eospso.gsfc.nasa.gov/eos_homepage/mission_profiles
/index.php. Para estudos referentes a queima de biomassa e uma análise através de
sensoriamento remoto, os sensores mais importantes são: MODIS, MIRS (Multi-angle Imaging
Spectroradiometer), AERONET (Aerosol Robotic Network), CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar
and Infrared Pathfinder Satellite Observation) e AIRS (Atmospheric Infrared Sounder). Os três
primeiros sensores realizam o monitoramento de aerossóis e o último quantifica gases do efeito
estufa na atmosfera. O CALIPSO elabora os dois tipos de estudo.
2.3 Modelagem e Poluição atmosférica
A modelagem numérica é uma importante ferramenta para estudo e previsão do impacto
de gases trações e aerossóis na atmosfera e na qualidade do ar. Vários modelos de transporte
atmosférico em escala regional e global têm sido propostos na literatura. Chatfield et al. (1996)
usou o Global-Regional Atmospheric Chemistry Event Simulator (GRACES) para introduzir
um modelo conceitual de como as emissões de incêndios e da química, produzem as plumas no
continente africano. O modelo Georgia Tech/Goddard Global Ozone Chemistry Aerosol
Radiation and Transport (GOCART) é um exemplo de modelo de transporte global. Chin et al.
(2000) empregou GOCART para similar o ciclo sulfúrico atmosférico global. Chatfield et al.
(2002) apresento uma conexão entre emissões tropicais e um pluma subtropical de monóxido
de carbono em áreas remotas sobre o Oceano Pacífico, usando os modelos GRACES e MM5.
MOZART (Model of Ozone And Related Tracers) é um modelo “off-line” de transporte global
apropriado para simulação tridimensional da distribuição de espécies químicas na atmosfera
38
(Brasseur et al., 1998; Horowitz et al., 2003). Grell et al. (2000) descreveu um modelo químico
complexo em multi-escala acoplado ao modelo Penn State/NCAR nonhydrostatic mesoscale
(MM5-CHEM). Outros modelos de transporte regional e totalmente acoplado de forma “online” baseados em modelos atmosféricos usados são: Regional Atmospheric Modeling System
(RAMS; Freitas et al., 2005b; Wang et al., 2006) e o Weather Research & Forecasting Model
(WRF; Grell et al., 2005; Fast et al., 2006).
2.3.1
Acoplamento meteorologia e química
Os modelos de acoplamento químico são algoritmos computacional criado para
trabalharem simultaneamente com modelos meteorológicos de mesoescala. Desempenham o
papel de servir o mesmo com configurações químicas específicas de determinadas emissões por
determinadas fontes poluente.
Inventários de emissões de gases traços e aerossóis fornecem fluxo de massa para a
superfície para níveis superiores, para cálculo na equação da continuidade de massa, que são
informações cruciais necessárias para esses estudos numéricos de dispersão de poluentes. Para
fornecer estas informações, vários programas e grupos internacionais têm desenvolvido
inventários de emissões dos gases primários traços e aerossóis atmosféricos mais relevantes.
Como, o Global Fire Emissions Database (GFED, van der Werf et al., 2006) para a queima de
biomassa e a "REanalysis of the TROpospheric chemical composition over the past 40 year"
(RETRO, http://retro.enes.org) para emissões urbanas. A simulação numérica da composição
química da atmosfera é feita com modelos avançados, onde equação da continuidade de massa
é resolvido online ou offline (Zhang, Y., 2008) com várias resoluções espaciais e projeções
geográficas, em ambas escalas regionais ou globais. O PREP-CHEM-SRC versão 1.0 (Freitas
et al., 2011), desenvolvido para fornecer as emissões, em grade, de gases traços e aerossóis com
uma resolução espacial flexível, várias projeções e adequado para modelos regionais e globais.
Os Campos de emissões geradas por este sistema têm sido utilizados pelos modelos CCATTBRAMS (Freitas et al., 2009b), WRF/Chem (Grell et al., 2005), e o Flow-following finitevolume Icosahedral Model (FIM, Bleck et al., 2010).
2.3.2
Modelo de dispersão de poluentes
A atmosfera atua sobre as substâncias poluentes através de dois fenômenos
fundamentais: o transporte e a difusão. Para determinar o campo de vento (responsável pelo
transporte) existem vários procedimentos codificados nos modelos matemáticos chamados de
modelos meteorológicos ou de campo de vento. Os modelos meteorológicos são códigos
39
computacionais que permitem reconstruir a evolução espaço-temporal da variável que descreve
o fluido atmosférico. Podem ser utilizados sozinhos, para validar as condições meteorológicas
passadas ou futuras, ou como pré-processadores de modelos de dispersão. A interação do campo
de vento com o solo e do aquecimento do mesmo, devido ao sol ou de seu resfriamento durante
a noite por irradiação terrestre, produz um movimento caótico do ar conhecido como
turbulência atmosférica. Esta turbulência é responsável pela dispersão na atmosfera (a diluição
dos poluentes na horizontal e na vertical). Este último efeito é limitado pela altura da CLP, que
por sua vez está relacionada com a turbulência atmosférica (Moreira et al. 2008).
O processo de difusão de partículas, o qual é representado como a concentração de
massa (g/cm³), e número de concentração (partículas/cm³) pode ser diferente em diversos
pontos no espaço (Wardoyo, 2007).
Ao determinar a altura final da pluma é possível ver, a partir da fonte de emissão, a altura
em que o material foi injetado durante a fase de chamas e, em seguida, transportados e dispersos
pelos ventos predominantes (Freitas et al., 2006, 2007).
2.2.3
Determinação da taxa de emissão de poluentes em queimadas
A quantidade emitida do poluente em cada foco de queimada é obtido através do método
definido por Seiler e Crutzen (1980). Este método determina que para cada foco, a massa do
traçador emitida é calculada pela Equação 2.3, que leva em consideração os valores estimados
para a quantidade de biomassa acima do solo disponível para a queima (α), o fator de combustão
(β) e o fator de emissão (Ef) para uma determinada espécie [η], tendo em conta o tipo de
vegetação, e a área queimada (a) para cada evento de queima.
[𝜂]
𝑀[𝜂] = 𝛼𝑐𝑎𝑛𝑎 . 𝛽𝑐𝑎𝑛𝑎 . 𝐸𝑓 . 𝑎𝑓𝑜𝑔𝑜
(2.3)
O Fator de Emissão (𝐸𝐹𝑥 ), definido como a quantidade de determinado composto
liberado (Mx) pela quantidade de matéria seca consumida (Mbiomassa), expressa em unidade de
g/kg-1. O cálculo desse parâmetro exige conhecimento do teor de carbono na biomassa
queimada e o orçamento do carbono consumido pelo fogo; ambos os parâmetros são difícil
estabelecer no campo, a não ser experimento em laboratório onde são prontamente
determinados. O total de carbono lançado geralmente é estimado pela soma de concentrações
medidas de CO2, CO, hidrocarbonetos, e partículas de carbono, quando esta informação é
disponível. O fator de emissão pode então ser expresso pela equação 2.4, como:
40
𝐸𝐹𝑥 = 𝑀
𝑀𝑥
𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
𝑀
= 𝑀𝑥 [𝐶]𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
𝐶
(2.4)
Fonte: Andrae e Merlet, 2001
Onde MC é a massa de carbono emitido, [C]biomassa é a concentração de carbono na biomassa
queimadas, [x] é a concentração de uma espécie x na fumaça (CO, CO2, etc.).
Para determinar o Fator de Emissão do material particulado (PM2,5 e PM10) em g/kg-1, é
necessário a coleta de concentrações do material sólido emitido na queimada em um
determinado período de tempo, e é calculada por meio da equação 2.5:
𝐸𝐹𝑥 = 𝑚
[𝑋]
𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
(2.5)
Onde:
[X] = é a concentração total da espécie X (PM10 ou PM2,5) em mg/m³, baseado em medições de
uma amostra de ar em um determinado período (m³/s); m= biomassa seca consumida (kg).
Em estudos de queimadas em modelos numéricos a variável área queimada (a), pode ser tratada
de duas formas: como a grade ou sub-grade do modelo.
2.3.4 Estudos de Modelagem atmosférica e queimadas
Freitas et al. (2005) apresentaram a distribuição de focos de calor detectados em 2004
por diversos sensores, eliminando as redundâncias de detecções do mesmo foco (figura 2.3a) e
a estimativa de emissão de monóxido de carbono (figura 2.3b). Os sensores utilizados no
respectivo trabalho foram: Visible Infrared Spin Scan Radiometer Atmospheric Sounder - VAS
(satélite GOES), Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer - MODIS (AQUA e
TERRA) e Advanced Very High Resolution Radiometer - AVHRR (NOAA). Os autores nesse
trabalho afirmaram que as regiões que mais se destacam (com seus respectivos períodos de
máxima quantidade de focos) são: Nordeste do Brasil (outubro - janeiro); centro-oeste brasileiro
e na borda da região Amazônica (julho - outubro); no Estado do Mato Grosso. Junto aos focos
de queimadas é apresentado a estimativa de emissão de monóxido de carbono (figura 2.3b) para
as mesmas regiões. Ainda complementaram que as queimadas de canaviais são as principais
razões para a quantidade de focos de queimadas no Estado de São Paulo identificados na figura
2.3, da mesma forma como no Nordeste do Brasil.
41
Figura 2.3 – (a) focos de calor detectados pelos sensores VAS/GOES, MODIS/TERRA & AQUA,
AVHRR/NOAA durante o ano de 2004 (número de focos em áreas de 40 x 40 km²). (b) estimativa
para 2004 de emissão de monóxido de carbono (CO) em ton/km²
Fonte: Freitas et al. (2005)
Vedrasco (2006), buscou, através de modelagem numérica, avaliar o impacto das
emissões de queimadas na concentração de ozônio na RMSP, utilizando o modelo BRAMS. Na
análise da dos percussores do Ozônio, como o CO, o autor observou que A mudança na
termodinâmica da atmosfera somada à a maior quantidade de precursores contribuiu para
modicar as concentrações deste poluente, podendo reduzir ou aumentar tais concentrações,
dependendo do horário da emissão e da concentração dos precursores (Figura 2.4).
Ainda, em uma abordagem referente ao material particulado fino, Vedrasco observou
que na ausência de queima de cana-de-açúcar, o interior do Estado de São Paulo tem baixa
concentração de PM2,5, enquanto que o material particulado emitido pela região urbana é
transportado para o litoral (Figura 2.5b), devido ao vento predominante de Noroeste/Oeste.
Contudo, na presença de queimada, existe um transporte de material particulado com origem
no interior do Estado que alimenta a pluma da emissão urbana (Figura 2.5a).
42
Figura 2.4 - Concentração de CO para simulação com diferentes horários de emissão. Emissão
entre 8 e 14Z (a); Emissão entre 14 e 20Z (b); Emissão entre 17 e 23Z (c). Concentração em [ppb].
(a)
(b)
(c)
Fonte: Vedrasco, 2006.
Figura 2.5 - Vento µ a 70 m da superfície [m/s] e a concentração de PM2,5 [µg/m³] para o dia 13 às
17Z. (a) com emissão de queimada, (b) sem emissão de queimada.
Fonte: Vedrasco, 2006
Já França (2012), realizou estimativas de fatores de emissão da queima da palha de
açúcar a partir de medidas diretas. A importância de realizar este tipo de estudo para uso em
modelagem numérica, é devido a criação de inventários de emissões da biomassa que será
queimada para ser inserido no modelo. A estimativa da quantidade de biomassa queimada pode
ser obtida se forem conhecidos a densidade da biomassa acima do solo, o fator de combustão
(fração de biomassa que foi realmente queimada) e a área queimada (Longo et al., 2009).
Enquanto que o fator de emissão (EF) representa a quantidade de um composto emitido pela
43
quantidade de combustível seco consumido (g/kg) (Andreae e Merlet, 2001). Como os fatores
de emissão de gases traço e materiais particulados dependem do tipo de biomassa e de
combustão, é importante que fatores de emissão específicos sejam determinados e usados por
cada espécie vegetal. Na tabela 2.4, é apresentado uma revisão da literatura acerca das
informações sobre os fatores de emissão de queimadas de CO e PM2,5, para resíduos agrícolas
e cana-de-açúcar.
Tabela 2.2 - Fatores de Emissão de CO e PM2,5.
Tipo de Biomassa
CO [g/kg]
PM2,5 [g/kg]
Referência
Cana-de-açúcar
65 ± 14
2,6 ± 1.6
França et al. 2012
Cana-de-açúcar
28 ± 3
-
Lopes and Carvalho, 2009
Cana-de-açúcar
28.3
2.17
Yokelson et al., 2008
Cana-de-açúcar
-
2.8
Le Canut et al., 1996
Resíduos Agrícolas
92 ± 84
3.9
Andrae e Merlet, 2001
Resíduos Agrícolas
102 ± 33
6.26 ± 2.36
Akagi el al., 2011
Resíduos Agrícolas
92
3.9
Satyendra et al. 2013
Fonte: Autor, (2013).
2.4 Cana-de-açúcar
2.4.1
A cultura da cana-de-açúcar
A maior parte da queima de biomassa ocorre nos países em desenvolvimento e tem sido
realizada para limpeza da terra para o cultivo, para converter florestas em áreas agrícolas e
pastos, e para remover a matéria seca do solo, melhorando a produtividade agrícola. A queima
de resíduos agrícolas, tais como a palha da cana-de-açúcar é outra importante fonte de queima
de biomassa (Crutzen and Andrae, 1990).
O Brasil é, desde o período colonial, um dos principais produtores de cana-de-açúcar do
mundo, que está novamente em fase de franca expansão e desenvolvimento. A demanda pelos
produtos do setor sucroalcooleiro está crescendo no cenário mundial, e neste segmento, segundo
a Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), o Brasil é líder
absoluto na produção mundial de cana-de-açúcar. Conforme dados disponíveis relativos ao ano
44
2007, a produção brasileira foi de 514 milhões de toneladas, o que corresponde a 144% a mais
que a Índia – país que ocupa a segunda posição, e representa 33% da produção mundial, que
produziu 1.558 bilhão de toneladas de cana-de-açúcar (BRASIL, 2009).
Com a crescente demanda de biocombustíveis, culturas como a da cana-de-açúcar, que
têm a queima associada à produção de seus derivados, vêm expandindo consideravelmente sua
produção. A utilização do álcool como combustível em veículos automotores houve uma
melhora na qualidade do ar nos grandes centros urbanos. No entanto, Arbex et al. (2004)
complementaram que existe, porém, um contraponto: devido ao fato que a cana-de-açúcar ser
uma cultura agrícola que por razões de produtividade e de segurança, sua colheita é realizada
após a queima dos canaviais; isso gera grande quantidade de material particulado negro, que os
mesmos denominaram como “fuligem da cana”, que consiste em “black carbon” ou também
chamado de carbono negro. Esse material faz com que a população exposta por
aproximadamente seis meses por ano seja afetada por esses poluentes além desses poluentes
modificarem as características do ambiente nas regiões onde a cana-de-açúcar geralmente é
cultivada, queimada, colhida e industrializada.
O fogo é amplamente utilizado na plantação de cana-de-açúcar, para a queima das palhas
e promoção da limpeza do canavial, facilitando para o trabalhador rural o corte dessa vegetação
(Roseiro e Takayanagui, 2004). O processo da queima da palha da cana-de-açúcar, antes do
corte, é o mais utilizado nos canaviais porque o rendimento obtido com essa modalidade é cerca
de três vezes maior do que aquele aferido pelo corte manual da cana-de-açúcar não queimada
(Zancul, 1998; Roseiro e Takayanagui, 2004). As regiões sudeste e nordeste do Brasil são
ressaltadas em relação a esse problema, onde o uso de queimadas na cana-de-açúcar é feita para
facilitar a colheita.
2.4.2
Cana-de-açúcar no Estado de Alagoas
A história de Alagoas tem sua origem na atividade canavieira, tendo sua primeira usina
criada no final do século XIX, utilizando equipamentos importados da Europa para a produção
do açúcar. O setor sucroalcooleiro se transformou no mais importante da economia de Alagoas,
sendo principal fonte de empregos e de desenvolvimento do Estado. Devido à tamanha
grandeza, senhores de engenho, coronéis, usineiros e empresários uniram-se, ocasionando, em
1944, a fundação do Sindicato da Indústria do Açúcar e do Álcool no Estado de Alagoas
(Sindaçúcar/AL), entidade de defesa e representação dos produtores da cana, açúcar e energia.
(Sindaçúcar/AL, 2012)
45
De acordo com SINDAÇÚCAR/AL, o Estado é um dos principais produtores da cultura de
cana-de-açúcar do país, sendo o maior da região Nordeste, tendo atingindo na safra 2012/2013
uma produção de 23.459.852 toneladas, contra 13.573.865 toneladas do Estado de Pernambuco
(Sindaçúcar/AL, 2013).
2.4.3
Estudos sobre queimadas de cana-de-açúcar
A tabela, apresenta análises de concentrações de poluentes como o CO e o PM2,5, emitidos em queimadas
de cana-de-açúcar de acordo com algumas referências bibliográficas.
Tabela 2.3 – Concentrações de CO e PM2,5 registrados em estudos sobre queimadas de cana-deaçúcar.
Referência
Mariano (2010)
CO
PM2,5
[ppbv]
[µg/m³]
3528,54
-
Detalhamento
Realizou medições foi utilizado o sistema
LIDAR (Light Detection and Ranging) móvel,
na cidade de Rio Claro – SP, as medições do gás
foram realizadas em regiões de queimadas de
cana-de-açúcar.
Marinho e Kichhoff (1991) 600
-
Experimento para avaliar os efeitos das
queimadas
de
cana-de-açúcar
na
baixa
atmosfera. Foram realizadas medições com
auxílio de aviões sobrevoando localidades onde
haviam queimadas de cana-de-açúcar na região
sudeste do Brasil. Ressaltando que as medições
foram feitas a 2 km de altitude e quase 300 km
horizontal de distância da fonte poluidora, para
caracterizar um Estado médio da baixa
atmosfera.
CETESB (1999)
3600
117
A partir do município de Araraquara, foi
diagnosticado um padrão de concentração no
período de Safra para CO e PM2,5
Lara et al. (2005)
-
80
As influências as emissões de queimadas de
cana-de-açúcar para a cidade de Piracicaba,
Sudeste do Brasil
46
Matsuda (2009)
-
90
Medições do aerossol foi feita através do
instrumento “Monitor DUSTTRAK Aerosol,
modelo 8520”, durante três períodos de 10 dias
cada uma, na cidade de Tatuí – SP, no mês de
novembro de 2007.
Fonte: Autor, (2013)
A ocorrência de queimadas de biomassa, como da cana-de-açúcar, pode ser visualizada
através de alguns sistemas, como Radares meteorológico. Observando uma série de imagens
sequenciais de um Radar instalado em Alagoas, Quintão (2004) pode verificar a ocorrência de
“plumas” nas regiões canavieiras, no mesmo horário em que as queimadas foram realizadas.
Os movimentos advectivos dessas “plumas” são ilustrados na figura 2.6:
Figura 2.6 - Sequência de imagens caracterizadas pela ocorrência de “plumas” derivadas da
queimada de cana-de-açúcar iniciando-se às 14:05 até 17:03, do dia 10/11/03, na divisa dos
municípios de Porto Calvo e Porto de Pedras - Alagoas.
Fonte: Quintão (2004).
47
3. MATERIAS E MÉTODOS
3.1 Área de Estudo
O Estado de Alagoas localiza-se no nordeste brasileiro, entre os paralelos 8,81ºS e 10,50°
S e os meridianos 35,15° W e 38,23° W. Com uma área territorial de 27.779,343 km² (IBGE,
2010), é o 2° menor Estado brasileiro em dimensões territoriais, correspondente a 0,33% do
tamanho do Brasil, e 1,79% da região nordeste. Limita-se ao norte com o Estado de
Pernambuco; ao sul, com o Estado de Sergipe, com o Rio São Francisco como divisor; a leste,
com o Oceano Atlântico e a oeste, com os Estados da Bahia e Pernambuco. Na figura 3.1, são
apresentadas as regiões ambientais do Estado de Alagoas.
Figura 3.1 – Sub-regiões do Estado de Alagoas.
Fonte: Autor, 2013.
3.1.1
Topografia
Alagoas possui uma faixa costeira de 230 km de extensão, formada por tabuleiros areníticos
e colinas (menores que 100m), para onde os rios de embocaduras afogadas convergem e
originam os brejos e lagoas que dão nome ao Estado (Eletrobrás, 2008).
Apresenta um relevo de planícies com terrenos arenosos no litoral, planaltos ao norte e
depressão ao centro (Costa, 2006). O relevo alagoano é predominantemente plano (Nunes,
2012) com cerca de 86% do território alagoano se encontra abaixo de 300 metros de altitude e
48
61% abaixo de 200 metros e apenas 1% fica acima de 600 metros (Amorim et al., 2008). A
maior parte do
Estado, portanto,
compõe uma formação aplainada de relevo
predominantemente suave, com ondulações e poucos picos e serras (Atlas Brasileiro de
Desastres Climáticos – 1991 a 2010, Volume Alagoas, 2011).
3.1.2
Vegetação
A cobertura vegetal está diretamente relacionada com as condições climáticas e edáficas
da região (Ferreira, 1999). A vegetação litorânea do Estado de Alagoas caracteriza-se por ter
grande número de regiões estuarinas e lagunares, as quais apresentam áreas consideráveis
ocupadas pelo ecossistema manguezal (Salles, 1995 apud Correia e Sovierzoski, 2010). A
Floresta Ombrófila Densa, formação florística que recobre todo o litoral do Estado, constituise por uma vegetação de grande porte (20-30 m) que praticamente foi extinta pelo
desmatamento (Ferreira, 1999). Na porção central, o Agreste representa a formação florística
predominante, junto com áreas de transição entre o clima úmido e o clima mais seco, onde se
encontram algumas espécies da Mata Atlântica e da Caatinga (Costa, 2006). A formação de
Caatinga é observada a oeste do Estado, no Sertão Alagoano, intercaladas com vegetações
antrópicas e pastos cobertos por espécies nativas de pequeno porte – cajueiros, umbuzeiros e
juazeiros, porém de forma espaçada (Eletrobrás, 2008).
Alagoas é classificada com diferentes tipos de vegetação, com áreas de savana predominam
no sertão, transição entre savana, cultivos agrícolas e floresta no Agreste e florestas abertas e
densa no litoral.
Esta cobertura vegetal é influenciada pelo regime pluviométrico que cobrem o Estado,
variando conforme a sazonalidade da precipitação. Outra característica de Alagoas é a
economia ser predominantemente agropecuária, sendo um dos principais produtores de canade-açúcar do Brasil.
3.1.3
Climatologia
O clima no Estado de Alagoas, por sua vez, se divide conforme as delimitações das três
mesorregiões (Nascimento e Xavier, 2010). As temperaturas médias anuais variam de 22°C a
26°C, com exceção de algumas áreas serranas. No entanto, o que mais caracteriza a região,
quanto à precipitação, é a irregularidade da distribuição das chuvas, principalmente no sertão.
Cerca de 48% do Estado é bem revestido de um mosaico edafoclimático, cortado por uma rica
base hidrográfica. O clima de Alagoas é bem diversificado, ocorrendo precipitações elevadas
49
na faixa litorânea (em torno de 1.800mm), tornando-se bem mais escassas à medida que adentra
no interior do Estado (Figura 3.2). Segundo os dados da Diretoria de Hidrometeorologia da
Secretaria de Estado do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos de Alagoas (SEMARH/AL
apud Nascimento e Xavier, 2010), o tempo e o clima são influenciados principalmente pelos
sistemas meteorológicos Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), que oscilam entre os dois
hemisférios sazonalmente, e Ondas de Leste, o que nos leva a considerar uma região de grande
variabilidade nos índices pluviométricos.
Com base em Molion e Bernardo (2002), os outros mecanismos que provocam
precipitação no Nordeste Brasileiro (NEB) são as Perturbações Ondulatórias dos Alísios
(POAs), que ocorrem o ano inteiro, sendo mais frequente em períodos de La Niña. Também
pela penetração dos Sistemas Frontais vindos do Sul. Durante a fase quente do El Niño
Oscilação Sul (ENOS) há uma intensificação da seca no semiárido nordestino e redução das
chuvas na região costeira. Para a fase fria do ENOS, correspondente ao período de La Niña, a
entrada de sistemas frontais é mais frequente, pois há o aumento da magnitude do vento sobre
o pacífico equatorial, implicando na aceleração do deslocamento destas massas de ar para
regiões mais próximas ao Equador. A sazonalidade no Estado é baseada diretamente pela
precipitação, onde o outono-inverno é caracterizado por ser estação chuvosa, compreendida
entre os meses de abril a julho, enquanto os meses de seca ocorrem na primavera-verão, de
outubro a janeiro (Silva, 2009).
Figura 3.2 - Mapa de Média Climatológica de regime pluviométrico no Estado de Alagoas.
Fonte: SEMARH/AL, 2013
50
3.1.4
Área Canavieira
A cultura canavieira constitui o principal elemento da paisagem do Estado. As plantações
recobrem os solos argilosos das colinas e morros, além das várzeas dos rios. A região canavieira
de Alagoas está concentrada no Litoral alagoano e no Agreste (Figura 3.3), que é a zona de
transição para o sertão, onde predominam os solos ricos de humos, com temperaturas em média
de 24°C e regime pluviométricos semelhantes ao Cerrado (1.400 mm/ano); ele abrange a porção
leste do Estado.
Figura 3.3 - Área Canavieira do Estado de Alagoas.
Fonte: Adaptado IBGE - Produção agrícola municipal – 2010.
Cerca de metade da população ativa de Alagoas está ocupada no setor primário. A
participação da indústria da cultura canavieira na economia do Estado atinge 45 % do PIB
alagoano, tendo influência no setor agropecuário, na indústria e no setor de serviços. De acordo
com dados da Secretaria da Fazenda do Estado de Alagoas, 60% da indústria e 30% do setor de
serviços estão correlacionados ao setor canavieiro (Santos, 2011).
3.2 Descrição e Configuração do WRF/Chem
O Weather Research and Forecasting (WRF) é um modelo atmosférico de mesoescala
não hidrostático para previsão numérica de tempo (PNT) e clima. É aberto e flexível, com
51
código fonte disponibilizado livremente para uso operacional e de pesquisa. Por possuir um
código estável, limpo e aprimorado, o WRF pode ser executado desde computadores comuns,
ou até em supercomputadores de grandes centros de pesquisa. Sua formulação física é baseada
na conservação de massa, que expressa às variações de energia, momentum e umidade do ar. O
modelo foi desenvolvido através da parceria entre diversos institutos dos Estados Unidos:
National Center for Atmospheric Research (NCAR); Mesoscale & Microscale Meteorology
(MMM); National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA); National Centers for
Environmental Prediction (NCEP); Naval Research Laboratory (NRL); Federal Aviation
Administration (FAA) e Universidade de Oklahoma (Skamarock et al., 2008). Os mesmos
autores descrevem detalhadamente toda a sua estrutura física e computacional, além de outras
informações especificas.
Para as condições iniciais e de contorno, foram empregados dados NCEP Final Analysis
(FNL) na entrada das simulações no WRF. Sua assimilação de dados é baseada em uma grande
gama de tipos diferentes tipos de dados observados sejam por satélite e boias marinhas, a
sondagens atmosféricas e radares meteorológicos. Os domínios espaciais de execução podem
ir desde alguns metros (microescala) até milhares de metros (escala planetária).
Estas
informações possuem resolução espacial de 1,0º x 1,0º, aproximadamente 111 km, em um
intervalo temporal de 6 horas para cada ponto de grade.
3.2.1
Módulo químico do WRF/Chem
A versão química do modelo WRF – WRF/Chem (Grell et al., 2005), realiza simulações
de gases traço e partículas interativamente com os campos meteorológicos, usando várias
considerações sobre a variedade de processos físicos e químicos, como os transportes, a
deposição, a emissão, a transformação química, as interações de aerossol, fotólise e radiação.
Transporte
Todo Transporte de espécies químicas é feito de maneira “online”. Embora o WRF tenha várias
opções de núcleos dinâmicos, o modelo é usado a versão de massa coordenada “ARW”
(Advanced Research WRF). As equações prognósticas integradas no modelo ARW são
mostradas na forma conservativa (fluxo) para variáveis conservadas; variáveis não conservadas
como a pressão e a temperatura são diagnosticados a partir do prognóstico de variáveis
conservadas. Nas variáveis conservadas aproximadas, o modelo ARW integra a equação de
conservação de massa e a equação de conservação escalar na forma:
52
𝜇𝑡 + ∇. (𝐕𝜇) = 0,
(3.2)
(𝜇𝜑)𝑡 + +∇. (𝐕𝜇) = 0.
(3.3)
Nestas equações µ é uma massa da coluna de ar seco, V é a velocidade (u, v, ∇), e 𝜑 é uma
razão de mistura escalar. Estas equações são discretizadas em uma formulação de volume finito,
e como um modelo exato (a equação de conservação escalar discretizada se altera para a
equação de conservação de massa, quando 𝜑 = 1) e preserva as correlações de traçado (Lin and
Rood,1996; Grell et al., 2005). O modelo ARW usa uma avaliação espacial de 5ª ordem do
fluxo horizontal advectivo na equação de conservação escalar e de 3ª ordem para o fluxo vertical
advectivo, acoplado com o esquema de integração no tempo de Runge-Kutta de 3 ª ordem
(Wicker and Skamarock, 2002). O Transporte turbulento na camada limite é realizada
utilizando um nível de 2,5, parametrização de fechamento de Mellor-Yamada (Mellor e
Yamada, 1982).
Para o mecanismo químico é usado no modelo 39 espécies químicas totalmente
prognósticas. Para o módulo de aerossol, outras 34 variáveis são adicionadas, incluindo o
número total de partículas de aerossol dentro de cada moda, bem como todas as espécies
primarias e secundarias (orgânica e inorgânica) para ambas modas (Aitken e acumulação), e
três espécies para a moda grossa (aerossóis antropogênicos, marinho e derivado do solo).
Deposição Seca
O fluxo de gases e partículas da atmosfera para a superfície é calculado multiplicando as
concentrações na camada menor do modelo pela a velocidade de deposição variando espacial e
temporal, que é proporcional à soma de três resistências características (resistência
aerodinâmica, resistência da subcamada, resistência da superfície). A parametrização da
resistência da superfície desenvolvida por Wesley (1989) é usada. Nesta parametrização, a
resistência da superfície é derivada do solo e da vegetação. As propriedades das vegetações são
determinadas usando dados de uso do solo da estação. A resistência da superfície também
depende do coeficiente de difusão, a reatividade, e solubilidade na água dos gases traços
reativos. No caso de simulação empregando parametrização de aerossol, a velocidade de
deposição, 𝑣̂
𝑑𝑘 , para o momento de ordem k de aerossol polidisperso é dado pela equação 3.4:
𝑣̂
̂𝐺𝑘 )−1 + 𝑣̂𝐺𝑘 ,
𝑑𝑘 = (𝑟𝑎 + 𝑟̂𝑑𝑘 + 𝑟𝑎 𝑟̂𝑑𝑘 𝑣
(3.4)
Onde 𝑟𝑎 é a resistência de superfície, 𝑣̂𝐺𝑘 é a velocidade de sedimentação polidispersa, e 𝑟̂𝑑𝑘 é
a difusividade Browniana (Slinn and Slinn, 1980; Pleim et al., 1984).
53
Química em fase gasosa
O mecanismo químico atmosférico foi originalmente desenvolvido por Stockwell et al.
(1990) para Regional Acid Deposition Model, version 2 (RADM2, Chang et al., 1989). O
mecanismo RADM2 é um ajuste detalhado químico entre previsões químicas precisas e
recursos computações disponíveis. Isto é extensivamente usado em modelos atmosféricos para
prever concentrações de oxidantes e outros poluentes do ar. As espécies inorgânicas incluídas
no mecanismo RADM2 são: 14 espécies estáveis, 4 intermediários reativos, e 3 espécies
abundantes estáveis (oxigênio, nitrogênio e água). A química orgânica atmosférica é
representada por 26 espécies estáveis e 16 radicais peróxido. O mecanismo RADM2 representa
química orgânica através de uma aproximação molecular agregada a reatividade (Middleton et
al., 1990). Compostos orgânicos similares são agrupados juntos em um número limitado de
grupos do modelo através do uso do peso molecular. O fator de agregação para a maioria dos
compostos orgânicos voláteis emitidos (COVs) é dado em Middleton et al. (1990). Um método
de aproximação do Estado de quase equilíbrio com 22 espécies diagnosticados e 38 previstas é
usada para prever produção química e perda de termos de tendência na solução numérica. O
tempo de integração para 38 espécies químicas são então resolvidos usando estas tendências e
aproximação Euler Backward (Retrocesso). Condições iniciais e de limite para as variáveis
prognósticas na fase gasosa são baseadas naquelas de McKeen et al. (2002). Essas consistem
de perfis verticais invariantes lateralmente representando condições claras, oceânicas e médias
latitudes para medições antigas coletadas a bordo pelas missões de aeronaves patrocinadas pela
NASA. Nenhum ajuste para as condições limites baseadas na vorticidade potencial são
aplicadas para as grades do modelo na estratosfera ou superior a troposfera.
Emissões
Emissões Antropogênicas são tratadas de forma similar à de McKeen et al. (2002), com
atualizações até abril de 2002 do inventário da EPA NET-96, versão 3.12 (USEPA, 1998).
Atribuição temporal horária, especiação dos COV, particionamento espacial em um município
específico são com base nas informações mais antigas, contudo detalhado dentro do National
Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP) base de dados de emissão (US EPA, 1998).
A fim de aderir ao mecanismo RADM2, o coeficiente de reatividade de várias espécies COV
aglomeradas do NAPAP é usado para derivar as emissões das espécies aglomeradas do RADM2
de acordo com Stockwell et al. (1990, 1997). Fontes de COV, CO, NOx, e aerossol de incêndios
54
florestais e queima prescritas são omitidos das emissões uma vez que estes são específicos para
1996 no inventário EPA.
Parametrização de Aerossol
O módulo de aerossol é baseado no Modal Aerosol Dynamics Model for Europe (MADE,
(Ackermann et al., 1998) que por sua vez é uma modificação do modelo de partículas regional
(Binkowski and Shankar, 1995). Secondary organic aerosols (SOA) foram incorporados no
MADE por Schell et al. (2001), por meio do Secondary Organic Aerosol Model (SORGAM).
MADE/SORGAM emprega uma aproximação modal (acumulação de Aitken, e moda grossa)
para representar o tamanho da distribuição de aerossol.
3.2.2 Atualização dados de Topografia
Ainda, neste estudo é utilizada uma atualização nos dados de entrada do modelo
WRF/Chem, para topografia. Baseado no projeto “Brasil em Relevo”, que utilizou como fonte
primária os modelos digitais de elevação, com aproximadamente 90 metros de resolução
espacial, originários da missão de mapeamento do relevo terrestre SRTM (Shuttle Radar
Topography Mission), desenvolvido pela NASA (National Aeronautics and Space
Administration) e NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) dos Estados Unidos no ano
2000. Os dados obtidos pelo mapeamento foram disponibilizados pelo USGS Eros Data Center
(United States Geological Survey) (Miranda, 2005).
Os pesquisadores da Embrapa Monitoramento por Satélite baixaram os dados brutos do
SRTM do site da NASA e fizeram um cuidadoso trabalho de correção e padronização,
eliminando falhas, sombras e distorções. O resultado aqui disponibilizado é uma série de mapas
em que cada pixel tem um valor altimétrico real, visualmente convertido em falsas cores,
simbolizando as diversas altitudes. Isso pode ser observado na Figura 3.4b, utilizando para o
Estado de alagoas, e fazendo a comparação dos dados de topografia (HGT) original na base de
dados do modelo (figura 3.4a), e a nova HGT atualizada com os dados de SRTM.
55
Figura 3.4 – Topografia do Estado de Alagoas em metros, (a) com a base de dados do modelo
WRF, e (b) com as atualizações dos dados de STRM disponibilizados.
Fonte: Autor, 2013
3.2.3 Programa de Emissão de queima de biomassa (BBEI)
Neste capítulo será feita a descrição do modelo de pré-processamento químico: Biomass
Burning Emission Input (BBEI). Esse programa foi desenvolvido dentro do Instituto de
Ciências Atmosféricas da Universidade de Alagoas no Laboratório de Modelagem Atmosférica,
o qual foi elaborado para servir de dados de entrada para as centenas de casos de queima de
biomassa, do tipo palha da cana-de-açúcar, e é subdividido em relação as características
adotadas na queimada em questão, como: informações de focos de queimadas, cálculo da
emissão do poluente, tamanho da área queimada e informações temporal da queimada.
3.2.3.1 Identificação dos focos de queimadas
Conforme descrito no Portal de Queimadas do INPE, para a detecção dos focos de
queimadas é feita a análise em que um material em chamas, ou seja, em um processo de queima
de biomassa é emitido energia principalmente na faixa termal-média de 3,7µm a 4.1µm do
espectro óptico. Utilizam-se as imagens que tenham esta faixa característica e nelas selecionamse os píxeis (elementos de resolução) com maior temperatura, em geral saturando o sensor.
Sendo processadas operacionalmente, na DSA/INPE, as imagens AVHRR dos satélites polares
NOAA-15, NOAA-16, NOAA-18 e NOAA-19, as imagens MODIS dos satélites polares NASA
TERRA e AQUA, as imagens dos satélites geoestacionários GOES-12, GOES-13 e MSG-2
O Portal de Monitoramento de Queimadas do INPE disponibiliza um banco de dados
com informações de focos de calor processados dos satélites (Figura 3.5), com informações do
56
momento exato em que foi identificada a queimada e a coordenada geográfica (latitude e
longitude) do foco.
Figura 3.5 - Gráfico representativo aos focos de queimadas detectados por satélites, processados
operacionalmente pelo DSA/INPE, de janeiro de 2009 a Maio de 2013.
Fonte:
Autor, 2013.
É possível confirmar com a Figura 3.5, o período do ano em que há a queima da palha
da cana-de-açúcar no Estado de Alagoas, com o aumento do número de focos de queimadas. O
ciclo das queimadas tem seu início em setembro até final de março de cada ano, observando
ainda na Figura, o aumento na quantidade de focos de queimadas nos meses finais de 2012
(novembro e dezembro), e no início do ano 2013 (janeiro e fevereiro).
No mês de janeiro de 2013, o Portal de Monitoramento de focos queimadas do INPE,
detectou cerca de 1400 focos contabilizado por uma série de satélites (AQUA, TERRA, NOAA,
GOES, METEOSAT). A Figura 3.6 mostra a localização no território do Estado de Alagoas
dos focos detectados em janeiro de 2013 apenas pelo satélite de referência AQUA. O satélite
de referência é considerado isento de falsas detecções devido ao reflexo do sol na superfície
terrestre, e ao seu horário de passagem, ao final da tarde.
57
Figura 3.6 - Focos de queimadas detectado pelo satélite de referência em novembro de 2011
(AQUA_M-T).
Fonte: Monitoramento de Queimadas – INPE
Com base na figura 3.6 é possível observar o padrão de localização dos focos de queimadas no
Estado Alagoas, coincidindo com as áreas onde está localizada os canaviais no Estado, a
mesorregião do litoral e a zona de transição do litoral e agreste (Figura 3.3).
3.2.3.2 Determinação da Taxa de Emissões dos Poluentes
Além de definir o posicionamento dos focos de queimadas, também foi necessário
calcular a quantidade emitida de cada poluente na queima da palha da cana. Com a utilização
de equação desenvolvida para a determinação da quantidade emitida em cada foco de queima
de biomassa no modelo para cada poluente de estudo (por exemplo, equação 2.3); Seiler e
Crutzen, 1980), baseado em: área queimada, fator de emissão do poluente para determinada
biomassa, fator de combustão da biomassa e quantidade de matéria seca disponível para a
queima. O BBEI, alimenta o foco de queimada com essa quantidade de poluentes. Além disso,
o BBEI contabiliza e discriminar focos muito próximos, considerando assim, quando há a
existência de mais de um foco num mesmo ponto de grade do modelo, o programa dá um peso
de emissão ao mesmo, de acordo com a quantidade de focos sobre uma região aproximada.
Para esse estudo foi feito um levantamento de vários estudos referente as emissões de queima
de biomassa, principalmente sobre da palha da cana-de-açúcar para o gás CO e para o PM2,5
(Tabela 2.2).
3.2.3.3 Variação Temporal das Emissões
58
O comportamento do fogo em uma queima depende das características da área: topografia
do terreno, umidade, ventos, temperatura atmosférica, quantidade e distribuição dos materiais
vegetais. Cada um destes fatores provoca efeitos específicos no fogo e se eles foram avaliados
de forma correta e previamente à execução da queima, é possível ter uma margem alta de
segurança e prever o que vai acontecer durante o processo.
Por essa razão em Alagoas, como já mostrado na Figura 3.5, a queima da cana coincide
com período seco, com baixas precipitações no Estado, sendo esse entre setembro a março. Essa
característica indica piores condições de dispersão já que impossibilita a chamada deposição
úmida, agravando seus efeitos na qualidade do ar., todavia, as queimadas costumam acontecer
no período onde é visto a maior umidade no ar (durante a noite), por questões relacionadas a
saúde e controle da queimada.
O BBEI leva em consideração essa informação, fazendo dessa forma que a maiores
quantidades de emissões ocorram no período noturno.
3.2.3.4 Atualização dos Focos de Queimadas
Outra importante consideração inserida no modelo, foram a atualização dos dados de focos
de queimadas. Com essa consideração, as emissões dos dias anteriores podem ser observada na
atmosfera nos dias posteriores de estudo. Isso torna as observações sobre o impacto temporal
da concentração dos poluentes emitidos mais próximo ao que ocorre na atmosfera.
3.2.4 Configuração das Simulações
Com o objetivo de mostrar a evolução das implementações feitas no programa de préprocessamento de queimada feita para o modelo WRF/Chem, as rodadas foram divididas em
três fases de testes, sendo elas: Inicial, Intermediária e Completa. As configurações referentes
às rodadas das três fases serão tratadas a seguir.
3.2.4.1 Evolução dos testes com WRF/Chem
As simulações foram feitas para datas diferentes, conforme as devidas considerações
referentes a queima de cana-de-açúcar e iam sendo implementadas. A fase INICIAL, feita com
uma simulação com um intervalo de 24 horas, a partir do dia 21 ao dia 22 de maio de 2011,
tendo o início das emissões às 12Z; Na segunda fase de testes, INTERMEDIÁRIA, as
simulações foram realizadas para um intervalo de 120 horas, entre os dias 01 e 06 de novembro
de 2011. E para a terceira e última fase, denominada como COMPLETA, as simulações foram
inicializadas às 12Z do dia 27 de janeiro de 2013, para início das condições de fundo da
59
atmosfera, visto que, nessa data já havia queimadas no território e eram máximas para este
período, ver figura 3.7. As análises iniciam às 00Z do dia 28 de janeiro até as 12Z do dia 1 de
fevereiro de 2013. Na tabela 3.1 é descrito as etapas de evoluções do estudo, onde são
detalhados nos textos que se segue.
Tabela 3.1 - Descrição das etapas de evolução do estudo.
#
INICIAL
INTERMEDIÁRIA
COMPLETA
Domínio
81x81
81x81
81x81
Resolução
5 km
5 km
5 km
Data
21 a 22 de maio de 2011
1 a 6 de novembro de
28 de janeiro a 01 de
2011
fevereiro de 2013
Focos de satélite
Satélites em órbita
acumulados para os 5
polar, atualizados
Focos
6 focos no litoral
dias (satélite de
referência)
Poluente estudado
CO
CO
CO e PM2,5
Opção Biomass
Desligado
Desligado
Ligado
Cálculo de Emissão
-
Seiler e Crutzen (1980)
IPCC (2006)
Variação Temporal
-
-
Horário das
Burning
queimadas no estado
das Emissões
(período noturno)
Topografia
-
-
Brasil em Relevo
Plume Rise
-
-
Ligado
Validação da
-
-
AIRS
Dispersão
Fonte: Autor (2013).
Para este estudo foi utilizado a versão 3.4 do modelo WRF/Chem. Para todas as três fases
de testes do estudo, o modelo foi configurado com um domínio de 81 x 81 pontos em x e y
respectivamente, e 27 níveis verticais; com uma resolução de 5 km, suficiente para cobrir todo
o Estado de Alagoas. As condições iniciais e de contorno derivam do modelo NCEP Final
Analysis (FNL), o qual é uma filial da NOAA e do NWS (National Weather Service), nos EUA.
Tabela 3.2 - Parametrizações físicas e químicas utilizadas na execução do Modelo WRF/Chem.
Parametrização
Microfísica
Cumulus
Opção do WRF/Chem
Lin (Purdue) (Lin, Farley e Orville, 1983)
Grell-devenyi (Grell e Devenyi, 2002)
60
Radiação OL
Radiação OC
Camada Limite Planetária
Camada Limite Superficial
Superfície do Solo
Mecanismo químico
Mecanismo de Aerossol
Emissão Queima de Biomassa
RRTMG (Iacono et al. 2008)
Goddard shortwave (Chou et al., 1998)
Asymmetrical Convectiva Model, version 2 (ACM2)
(Pleim 2007 a,b)
Teoria da Similaridade de Monin-Obukhov
(Monin e Obukhov, 1954)
Noah Land Surface Model (Chen et al. 1996)
RADM2 (Stockwell et al., 1997)
MADE/SORGAM (Ackermann et al., 1998)
BBEI (Presente estudo), com cálculo de ascensão da
pluma.
3.2.4.2 Configuração do Biomass Burning Emission Input
Nas três fases de testes o BBEI foi modificado a partir de considerações referente as
queimadas de cana-de-açúcar no Estado de Alagoas. As três metodologias de alteração serão
descritas a seguir:
Na fase de teste INICIAL, as considerações iniciais para as primeiras simulações e para
os primeiros resultados foram: localização onde ocorrem as queimadas no Estado de Alagoas;
quais poluentes são emitidos, além de qual seria utilizado como gás traço para a análise.
Gás traço utilizado para a simulação - A escolha do CO para o gás traço para análise das
simulações deve-se ao fato do mesmo ser um poluente produzido pela combustão incompleta
na queima de biomassa e de combustíveis fósseis, além de ser pouco reativo depois de emitido
na atmosfera, com tempo de residência superior a 30 dias, nesta escala de tempo, o mesmo
corresponde a um traçador passivo na atmosfera. Quando a fonte emissora é a queima de
biomassa, é produzido principalmente no início da combustão com ausência de chamas. Não
foram feitas considerações referente à quantidade emitida do poluente, fazendo com que as
quantidades de concentração nas barras de cores fossem ilustrativas.
Localização das Queimadas - Conforme descrito no tópico 3.1.4, referente a Área Canavieira
do Estado de Alagoas. A área onde se concentra os canaviais no Estado de Alagoas está
localizada no litoral, que apresenta as condições ideais de solo, temperatura e regime de chuvas.
Este teste foi elaborado no sentido de avaliar a dispersão dos poluentes, tendo em vista que
o vento predominante da área de estudo é de sudeste. Então posicionamos os focos de
queimadas no litoral e em regiões que apresentavam plantio de cana-de-açúcar com base em
informações obtidas pelo “Google Earth”. Vale lembrar que para esse teste não tinha como
61
objetivo avaliar as concentrações, logo foram colocadas emissões altas dos poluentes traços
(monóxido de carbono – CO). As cidades selecionadas para o estudo e suas coordenadas
geográficas para a simulação foram: Penedo (10°17' S, 36°36' W), Coruripe (10°08'S, 36°10'
W), Roteiro (9°49' S, 35°59'W), Satuba (9°33' S, 35°50' W), São Luís do Quitunde (9°19' S,
35°33' W) e Porto Calvo (9°02' S, 35°23 W).
Para a segunda fase de evolução, INTERMEDIÁRIA, nos resultados foram tomadas
considerações afim de tornar mais reais as simulações referente as queimadas no Estado de
Alagoas. Estas considerações se definiram em: implantação de focos de queimadas obtidos por
sensoriamento remoto no Estado de Alagoas; e definição da quantidade de CO emitida durante
um processo da queima da palha da cana-de-açúcar, junto à confirmação das quantidades
emitidas de CO com base em estudos referentes ao processo de queima palha de cana-de-açúcar.
Localização das queimadas - Nesta etapa, foram iniciados os testes usando essas informações
disponíveis no site do DSA/INPE, e incorporadas ao programa BBEI e em seguida utilizados
como dados de entrada para o modelo WRF/Chem. Então, as coordenadas dos focos de
queimadas no Estado de Alagoas no mês de Novembro de 2011 identificadas pelo satélite de
referência o do INPE, para detecção de incêndios (AQUA, sensor MODIS), foram
georreferenciadas, transformadas em ponto de grade, e inseridas no modelo de préprocessamento, e assumindo como um foco de emissão (Figura 3.7).
Figura 3.7. (A) Focos de queimadas para o mês de novembro de 2011. Os pontos de queimadas
identificados pelo satélite estão na cor rosa, os pontos em vermelho são as representações
municipais e (B) Focos de emissão de CO por queimadas em Alagoas para o mês de nove novembro
de 2011, inseridos no modelo WRF/Chem com base aos obtidos no site do CPTEC/INPE
Fonte: Monitoramento de Queimadas – INPE; Autor, (2013).
62
Cálculo da taxa de emissão de CO - Para calcular a quantidade emitida de um determinado
poluente em análise, no capítulo 2.4.3 (Determinação da taxa de emissão de poluentes em
queimadas), baseado em Seiler and Crutzen, 1980, se define variáveis referente a biomassa
queimada para o cálculo do valor emitido. Sendo método determina que para cada foco a
massa do traçador emitida é calculada pela equação (2.3). Os parâmetros (αveg. βveg. Ef[η])
adotado foram baseados em valores propostos em estudos referentes ao processo de queima
de cana-de-açúcar, sendo: o fator de emissão (Ef) para o CO igual a 28,3 g/kg, é estabelecido
de acordo com Yokelson et al. (2008); a quantidade de biomassa acima do solo disponível
para a queima (α), é baseado no estudo de Lara et al. (2001), onde afirma que anualmente,
aproximadamente 20 toneladas de palha de cana-de-açúcar é queimada por hectare; o Fator de
Combustão (β) utilizado é igual 0,8, valor utilizado por Figueiredo et al. (2010) para
estimar a emissão de gases do efeito estufa associados à produção de cana-de-açúcar, sendo a
área de queimada (afire) a área da grade do modelo.
Na fase COMPLETA da pesquisa utilizando o pré-processador BBEI de forma
completa, junto com análise do período de estudo para a dispersão dos poluentes CO e PM 2,5,
ou seja, será feita a análise de gás traço e aerossol, ambos emitidos na queima da palha-deaçúcar. Nesta etapa além da análise dos poluentes, também foram assumidas atualizações de no
modelo de definições temporais, com definição do horário da queimada, ou horário de maior
emissão de poluentes, e ainda atualização dos focos diários de queimada.
Focos de Queimadas - De acordo com a Figura 3.5, o mês de janeiro de 2013 apresentou um
aumento considerável no número de focos de queimadas detectados no Estado de Alagoas, em
comparação aos outros anos. Sendo registrados 530 focos de queimadas detectados por satélites
em órbita polar (série de satélites do NOAA a 800 km de distância da Terra, e os satélites da
NASA, Terra e Aqua a 730 km). Para este estudo serão utilizados apenas dados de focos de
sensores de satélites polares, devido tratarem o elemento de resolução espacial (píxel) com 1
km x 1 km ou mais, o estudo parte do pressuposto de que uma queimada de algumas dezenas
de m² será identificada como tendo pelo menos 1 km² (Figura 3.8).
Para o período de estudo escolhido, foi baseado em um período de dias que apresentasse
configurações diferentes para o número de queimadas, tendo aumento, diminuição e uma
quantidade considerável no número de focos. A razão desta escolha foi no sentido de analisar
os impactos causados pelas queimadas para a atmosfera de Alagoas e vizinhança, bem como
condições meteorológicas favoráveis ou não para a ignição e manutenção da queimada.
63
Figura 3.8 - Focos de queimadas observados no mês de janeiro de 2013 no Estado de Alagoas, por
satélites em órbita polar.
Fonte: SIG QUEIMADAS, INPE/CPTEC (2013).
De acordo com a Figura 3.9, o período compreendido do dia 27 de janeiro à 01 de
fevereiro, apresenta as condições requisitadas para análise, com: aumento no número de focos
do dia 27 ao 28, com intensa diminuição na passagem para o dia 29, porém um novo aumento
e manutenção na quantidade de focos até o dia 01/02.
Figura 3.9 - Gráfico representativo ao número de focos diários detectados por satélites em órbita
polar no Estado de Alagoas de 01 de janeiro à 01 de fevereiro de 2013.
Fonte: adaptado SIG QUEIMADAS, INPE/CPTEC (2013).
64
As Figuras 3.10, representam a localização e o satélite de detecção dos focos de
queimadas no período compreendido das 12 horas do dia 27 de janeiro às 12 horas do dia 01 de
fevereiro de 2013. A escolha do período de diário de coleta de focos e consequentemente de
simulação pelo modelo, ser do período das 12 horas de um dia até as 12 horas do dia seguinte,
ou seja, devido ao fato das queimadas no Estado de Alagoas serem no período noturno,
iniciando comumente as 19 hora local, e também devido ao fato de ser o período de maior
umidade relativa do ar e ventos fracos, no qual seria uma condição melhor para o controle do
fogo.
Figura 3.10. Focos de queimadas observados das 12 horas às 12 horas do dia seguinte nos dias:
(A) 27 de janeiro ao dia 28 de janeiro (51 focos), (B) 28 de janeiro ao dia 29 de janeiro (24 focos),
(C) 29 de janeiro ao dia 30 de janeiro (26 focos), (D) 30 de janeiro ao dia 31 de janeiro (32 focos),
(E) 31 de janeiro ao dia 01 de fevereiro (34 focos), no Estado de Alagoas.
Fonte: SIG QUEIMADAS, INPE/CPTEC (2013)
65
Cálculo a quantidade de emissão de CO e PM2,5 - Os poluentes escolhidos para análise
foram novamente o monóxido de carbono como gás traço e a implantação de um aerossol
poluente, o Material particulado (PM2,5). O PM2,5 é preferencialmente emitidas por processos
de combustão. Geralmente as partículas finas e ultrafinas são compostas por material
carbonáceo, metais compostos orgânicos e íons sulfatos, nitratos e amoníacos. Quando a
combustão apresenta ausência de chamas libera várias vezes mais partículas finas que a
combustão com chamas.
Os cálculos da quantidade de CO emitido, foram utilizados dessa vez a equação para
Estimativa das Emissões de Gases de Efeito Estufa, devido à queima de biomassa, baseado no
“Estimation of Greenhouse Gas Emissions from Fire” contida nas Orientações de 2006 do IPCC
para Inventários Nacionais de Gases do Efeito Estufa, Volume 4: Agricultura, Ambiente e
Outros Usos do Solo (IPCC, 2006).
Equação IPCC (2006):
𝐿𝑓𝑖𝑟𝑒 = 𝐴 × 𝑀𝐵 × 𝐶𝑓 × 𝐺𝐸𝐹 × 10−3
(3.5)
Onde:
𝐿𝑓𝑖𝑟𝑒 = quantidade de Poluente para emissão por queimada (toneladas para cada: CO2, CO,
CH4, N2O, e NOx, etc.)
𝐴 = Área queimada (ha)
𝑀𝐵 = biomassa, combustível, disponível para combustão (tons/ha)
𝐶𝑓 = Fator de Combustão (adimensional)
𝐺𝐸𝐹 = Fator de Emissão (g/kg de biomassa queimada)
Sendo os valores utilizados para o estudo presentes na Tabela 3.3:
Tabela 3.3 – Valores utilizados na Equação 3.5, para dados de entrada no “Biomass Burning
Emission Input” para queimadas da palha da cana-de-açúcar.
Variável
𝐺𝐸𝐹 [𝐶𝑂] [g/kg]
𝐺𝐸𝐹 [𝑃𝑀2,5 ] [g/kg]
𝑀𝐵 [Tons/ha]
𝐶𝑓 [Adimensional]
Valor
65 ± 14
2,6 ± 1.6
20
0,8
Fonte Bibliográfica
França et al., 2012
França et al., 2012
Lara et al., 2001
Figueiredo et al., 2010
𝐿𝑓𝑖𝑟𝑒 = quantidade de Gases do Efeito Estufa para emissão por queimada (toneladas para cada: CO 2, CO, CH4,
N2O, e NOx, etc.); 𝐴 = Área queimada (ha); 𝑀𝐵 = biomassa, combustível, disponível para combustão (tons/ha);
𝐶𝑓 = Fator de Combustão (adimensional); 𝐺𝐸𝐹 = Fator de Emissão (g/kg de biomassa queimada).
A variável utilizada com área queimada em hectares (A), foi utilizada com a área do modelo,
com resolução de 5 km, ou seja, 25km2.
66
Inicialização das queimadas - Em Alagoas, como já mostrado na Figura 3.8, a queima da cana
coincide com período seco, com baixas precipitações no Estado, sendo esse entre setembro a
março. Essa característica indica piores condições de dispersão já que impossibilita a chamada
deposição úmida, agravando seus efeitos na qualidade do ar., todavia, as queimadas costumam
acontecer no período do dia onde é visto a maior umidade no ar, por questões relacionadas a
saúde e controle da queimada.
Para tanto, o BBEI, foi configurado para as maiores emissões de poluentes nas horas
entre 19:00 (22Z) às 7:00(10Z). De acordo com as afirmações do tópico 2.2.1.3 (Descrição de
uma queimada), é mostrado na figura 3.12, padrão de entrada de emissão do CO e PM2,5 durante
o processo da queima da palha da cana.
Na situação de diminuição das condições necessárias para a manutenção das chamas,
logo a queima entra em um estágio mais “frio”, no qual é denominada fase de brasas, há uma
grande emissão de compostos incompletamente oxidados, como o CO (Freitas et al., 2005).
Sendo também a fase de brasa a maior responsável pela emissão do material particulado (Ward
et al., 1992). Devido à importância dos estágios das queimadas em termo do poluente que é
emitido, foi convencionado que o estágio de chamas ocorre entre 17Z à 21Z (emissões em
maiores quantidades de CO2, e menores quantidade de CO e material particulado), e no estágio
de brasas ocorre entre 21Z à 11Z (emissão em menor quantidade de CO2, e em maior quantidade
de CO e material particulado). Na Figura 3.11 é demonstrado graficamente a variação temporal
da emissão de CO e PM2,5.
O BBEI define as quantidades de emissão horária baseado na equação 3.6:
𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜𝑋 = 𝑃𝑒𝑠𝑜ℎ𝑟 × 𝐿𝑓𝑖𝑟𝑒 × (𝑑𝑥 × 𝑑𝑦)
(3.6)
Onde:
𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜𝑋 = Emissão de determinado poluente (X) no horário correspondente
𝑃𝑒𝑠𝑜ℎ𝑟 = Peso de emissão em determinado horário
𝐿𝑓𝑖𝑟𝑒 = Quantidade de Poluente para emissão por queimada (equação 3.5)
𝑑𝑥 × 𝑑𝑦= Resolução do modelo
67
Figura 3.11 - Variação horária das entradas das emissões de queima de biomassa do modelo
WRF/Chem, para CO e PM2,5.
3.3 Dados de qualidade do ar por Sensoriamento Remoto
Um método de analisar a concentração de poluentes na camada atmosférica é através de
instrumento que realizam sondagens a bordo de satélites. Um sensor capaz disso é o AIRS. O
AIRS é um instrumento cujo objetivo é apoiar a pesquisa de clima e melhorar a previsão do
tempo. Lançado em órbita da Terra em maio de 2002, é um dos seis instrumentos a bordo do
satélite AQUA, parte do EOS-NASA. O instrumento juntamente com o AMSU-A (Advanced
Micro Sounding Unit) representa o sistema de sondagem atmosférica mais avançado já
implantado no espaço. Juntos, esses instrumentos observam a água global e ciclos de energia,
variação e tendências climáticas e a resposta do sistema climático para o aumento dos gases
estufa.
AIRS usa tecnologia de infravermelho de ponta para criar mapas em 3 dimensões do ar e
da superfície de temperatura, vapor de água, e as propriedades das nuvens. Com 2.378 canais
espectrais, AIRS tem uma resolução espectral mais de 100 vezes maior do que os sensores IR
anteriores, e fornece informações mais precisas sobre os perfis verticais de temperatura
atmosférica e umidade. AIRS também pode medir gases traço efeito estufa, como o ozônio,
monóxido de carbono, dióxido de carbono e metano.
A medição das concentrações de monóxido de carbono na atmosfera é baseado na
radiação a comprimentos de onda específicos associados a absorção por concentrações de
68
monóxido de carbono. O AIRS é sensível ao CO na troposfera média a alturas entre 2 e 10
quilômetros, com um pico de sensibilidade em uma altitude de aproximadamente 5 quilômetros.
Essa região da atmosfera da Terra também é propícia para o transporte de longa distância da
poluição que é levada para esta altitude.
3.4 Dados Meteorológicos
Afim de fazer uma análise da atmosfera durante a fase COMPLETA, serão feitas
análises de dados meteorológicos e de cartas sinóticas.
Serão selecionados dados de estações meteorológicas automáticas do INMET de direção
e velocidade do vento, temperatura e umidade do ar nas cidades de Maceió, Coruripe e
Arapiraca (Figura 3.12). Sendo que para a direção e velocidade do vento serão avaliadas
estatisticamente para verificar a qualidade das simulações do modelo WRF/Chem.
Figura 3.12 – Localização das cidades onde estão as estações automática do INMET, no Estado de
Alagoas.
Fonte: Autor, (2013)
O estudo estatístico será realizado com base no Coeficiente de Correlação de Pearson,
que realiza o cálculo de uma medida do grau de relação linear entre duas variáveis quantitativas.
Quanto mais próximo estiver de 1 ou -1, mais forte é a associação linear entre as duas variáveis.
O coeficiente de correlação de Pearson é normalmente representado pela letra r e a sua fórmula
de cálculo é:
69
𝑟=
∑(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )(𝑦𝑖 − 𝑦̅)
(7)
2
√∑(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )(∑(𝑦𝑖 − 𝑦̅) )
Sendo o grau de Correlação representado pela tabela 3.3.
Tabela 3.4 – Representação do grau de correlação linear de Pearson.
Coeficiente de Correlação
Correlação
(positivo ou negativo)
r=1
Perfeita
0,8 ≤ r < 1
Forte
0,5 ≤ r < 0,8
Moderada
0,1 ≤ r < 0,5
Fraca
0 < r < 0,1
Ínfima
0
Nula
Além da análise de dados, serão observado também na fase COMPLETA, cartas
Sinóticas de altos níveis do CPTEC/INPE e de superfície da Diretoria de Hidrologia e
Navegação – DHN, bem como imagens de satélite no canal do Infravermelho, também
disponibilizadas pelo CPTEC/INPE, para assim caracterizar a atmosfera durante o período de
estudo na fase, e assim justificar a ocorrência de queimadas no estado de Alagoas.
70
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo serão apresentados os resultados estimados durante as três fases de teste da
implementação do programa de pré-processamento químico do modelo WRF/Chem, bem como
análises sobre emissão, concentração e dispersão dos poluentes durante as três fases: INICIAL,
INTERMEDIÁRIA e COMPLETA.
4.1 Fase INICIAL2
Essa fase de teste trata das primeiras simulações realizadas para avaliar as emissões e
dispersão de poluentes associados a queima de cana-de-açúcar utilizando o modelo
WRF/Chem. Vale destacar que neste teste as emissões não levam em consideração a biomassa
e nem o efeito que ela causaria na atmosfera em termos de convecção, ou seja, apenas está
sendo considerado que numa dada localidade está sendo emitido um dado poluente numa dada
taxa de emissão (saindo da superfície).
A Figura 4.1 mostra à concentração de CO, emitidas por focos de queimadas no litoral
alagoano, cuja simulação foi iniciada às 12Z do dia 21 até às 12Z do dia 22 de maio de 2011.
As emissões foram configuradas de forma constante, de modo que em todas às horas a
quantidade emitida era a mesma, visto que não foram feitas considerações em relação a tempo
de queima e emissão, adotando assim sempre valores máximos, mesmo distante da fonte de
queimada.
Na análise da evolução temporal e espacial da dispersão de CO no Estado de Alagoas,
verificou-se que o gás segue a direção e velocidade do vento de sudeste. É perceptível a
mudança na direção do vento durante a análise, junto com uma variação na direção da dispersão
de CO, seguindo o vento de sul. Sendo adicionalmente possível notar a presença do poluente
até 250 km de distância em comparação ao ponto de emissão, afetando os Estados vizinhos,
como Pernambuco e Paraíba.
2
Esta etapa do trabalho foi publicada em: MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JUNIOR, R. S.: Estudo da
dispersão de poluentes no Estado de Alagoas, simulando queimadas no litoral do Estado. In: Congresso Brasileiro
de Meteorologia, Gramado - RS. 2013.
71
Considerando a dispersão vertical das emissões, vale destacar a configuração do modelo
WRF/Chem. Para os primeiros testes, os resultados sobre a dispersão do poluente, tiveram as
rodadas configuradas com um mecanismo químicos simples, onde nesse só seriam geradas
informações de seis gases traços (SO2, CO, NO, aldeídos, HCHO e ORA2). Neste mecanismo,
o gás traço de interesse (CO) no estudo estava presente, porém ele não leva em consideração
informações de queima de biomassa, portanto, o modelo fazia apenas a emissão do poluente de
uma fonte qualquer, sobre superfície.
Figura 4.1 - Representação da concentração do CO emitido nos seis pontos de emissão no dia 21
de maio de 2011 às (A) 13Z, (B) 17Z e (C) 20Z, e no dia 22 de maio de 2011 às (D) 00Z, (E) 07Z e
(F) 12Z, respectivamente.
(A)
(B)
(C)
(D)
Fonte: Autor (2012)
(E)
(F)
As Figuras 4.2, 4.3 e 4.4 mostram a dispersão vertical e horizontal do poluente CO para
os seis focos de emissões analisados. Como as emissões não tiveram o padrão de queima de
biomassa em sua configuração, a variação vertical esteve ligado a estrutura temporal da CLP,
para a análise da dispersão vertical serão considerados alguns conceitos sobre Camada Limite
Planetária. É possível notar diferenças com relação à dispersão horizontal do CO, nos seis focos
de queimadas, todavia pode-se observar que houve variação vertical. Portanto, é possível
analisar que para os primeiros horários o mesmo não é observado, de fato, o padrão de queima
72
de biomassa, isto é, a dispersão se dá principalmente na horizontal, associado ao vento em
superfície. Analisando a altura do poluente nas primeiras horas, é possível ver o início das
emissões em um período convectivo (13Z ou 10:00 hora local), caracterizado por turbulência
térmica na camada diurna, porém as emissões estão próximas a superfície caracterizando a
dispersão muito mais associada ao movimento horizontal.
Figura 4.2 - Dispersão vertical e horizontal das emissões de CO nos 6 focos de queimadas do dia
21 de maio de 2011 às (A) 13Z, (B) 14Z, (C) 15Z, (D) 16Z, (E) 17Z, (F) 18Z, (G) 19Z, e (H) 20Z,
respectivamente.
Fonte: Autor (2012)
73
Figura 4.3. Dispersão vertical e horizontal das emissões de CO nos 6 focos de queimadas do dia 21
de maio de 2011 às, (I) 21Z e (J) 22Z, (K) 23Z, (L) 00Z, (M) 01Z, (N) 02Z, (O) 03Z e (P) 04Z, (Q)
05Z e (R) 06Z, respectivamente.
Fonte: Autor (2012)
74
Figura 4.4 - Dispersão vertical e horizontal das emissões de CO nos 6 focos de queimadas do dia
22 de maio de 2011 às (S) 07Z (T) 08Z (U) 09Z, (V) 10Z, (W) 11Z e (X) 12Z, respectivamente.
Fonte: Autor (2012)
A partir das 21Z, 18:00 hora local, (Figura 4.3I), se observa, uma pequena concentração
do gás ascendendo, porém aprisionado dentro de uma Camada Limite Estável (noturna). A
acumulação do CO próximo a superfície devido a pouca reatividade do gás e provavelmente a
baixa velocidade do vento, fez com que mesmo com pouca atividade convectiva na CLP neste
período (noturno), o CO emitido passasse a ter uma ascensão devido a sua característica
química. Nas Figuras 4.3O, 4.3P, 4.3Q, 4.3R, 4.4S e 4.4T apresentam a ascensão do CO
verticalmente. É possível observar a altura máxima da CLP estável (noturna) limitado pela
camada de inversão, camada essa que aprisiona o poluente próximo a superfície.
A partir das 09Z do dia 22 de maio, 06:00 hora local, (Figura 4.4U), com o nascer do
sol no início do dia, e incidência de radiação solar, é possível ver o poluente emitido atingindo
maiores alturas, devido a aquecimento diurno da superfície, é caracterizado um padrão de
convecção térmica e maior altura do topo da CLP, permitindo o poluente de ascender
verticalmente, padrão esse observado até a última hora de análise, 12Z (Figura 4.4X).
75
4.2 Fase INTERMEDIÁRIA3
Para a a segunda fase de evolução nos resultados, INTERMEDIÁRIA, foram tomadas
considerações afim de tornar mais reais as simulações referente as queimadas no Estado de
Alagoas. Estas considerações se definiram em: implantação de focos de queimadas obtidos por
sensoriamento remoto no Estado de Alagoas; definição da quantidade de CO emitida durante
um processo da queima da palha da cana-de-açúcar, junto à confirmação das quantidades
emitidas de CO com base em estudos referentes ao processo de queima palha de cana-de-açúcar.
Observa-se no princípio das emissões de CO dos focos de queimadas no Estado de
Alagoas para todos os dias de análise, que a grande maioria estão próximas ao litoral alagoano.
Essa observação já é esperada para o Estado devido às variações das condições climáticas,
principalmente de temperatura e umidade relativa do ar no litoral em comparação ao interior do
Estado. É visto ainda a existência de focos mais intensos, como o encontrado no litoral norte
do Estado (8,97º S; -35,59ºW), o que sugere a maior quantidade de queimadas no litoral norte
em comparação a outras localidades da área de estudo.
Para os dias 01 e 02 de novembro de 2011 é observado o mesmo padrão de dispersão de
CO para às 13 horas (Figuras 4.5B e 4.6E), onde o gás traço, em concentrações de 1500 ppbv,
está sendo carregado até o Estado de Sergipe a cerca de 110 km da fonte de emissão. Porém, às
19 horas (Figuras 4.5C e 4.6F) nos dois dias, o vento se altera para um padrão zonal, sentido
Leste-Oeste, o que direciona o CO em concentrações de 500 ppbv também para o interior de
Alagoas, próxima a 500 ppbv, ultrapassando 200 km de distância da fonte (Figuras 4.5C e 4.6F).
Na primeira hora do dia 02/11/11(Figura 4.6D), percebe-se este padrão zonal do vento atuando
sobre Alagoas, e com isso a concentração de CO que é emitida no litoral norte do Estado se
desloca em direção ao interior do Estado (Figura 4.5 e 4.6).
No dia 03 de novembro de 2011 (Figura 4.7), o padrão zonal do vento se soma aos
ventos alísios com as direções dos ventos mudando do sentido para o noroeste, no sul do Estado,
principalmente às 19Z. As concentrações de CO são bem correlacionadas ao padrão do vento
nesse dia, onde é possível notar altas concentrações de CO a pouco menos que 100 km da fonte
de emissão (próximas a 3000 ppbv) no litoral norte do Estado tanto a 01Z e 13Z (Figuras 4.7G
e 4.7H), as quais estão associado à diminuição dos ventos naquela região, o que acarretou em
pouca dispersão do poluente. As concentrações próximas as fontes de emissões foram
3
Esta Etapa do trabalho foi publicada em: MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JUNIOR, R. S.; GOMES, H.
B.; MOURA, M. A. L.: Estudo da dispersão de monóxido de carbono (CO) emitido através da queima de canade-açúcar, no Estado de Alagoas. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 6, p. 488-499, 2013.
76
observadas chegando ao valor entre 3500 e 4000 ppbv. Essas estimativas de concentração de
CO corrobora com o próximo a queimadas de cana-de-açúcar, como por exemplo Mariano
(2010) e CETESB (1997/98), ambos para o Estado de São Paulo. É possível analisar uma região
de confluência de ventos até o Sertão de Alagoas, que faz com que o poluente emitido naquela
região seja rapidamente disperso para fora do Estado (Figuras 4.5B) enquanto ao final do dia é
possível observar o aumento no padrão dos alísios. Isso faz com que a dispersão agora se dê em
direção ao Estado de Pernambuco (Figuras 4.7I).
No dia 04 de novembro de 2011 pode-se observar focos menos intensos de queimadas a
01Z (Figura 4.9J), onde as regiões com maiores concentrações de CO (litoral norte) possuem
valores máximos de concentração, porém no campo de direção dos ventos para o mesmo horário
pode-se comprovar que os vetores dos ventos estão menos intensos, justificando assim a pouca
dispersão da concentração de CO (Figura 4.8J). Das 13Z do dia 04 às 01Z e 13Z do dia 5
(Figuras 4.8K, 4.9M e 4.9N) o vento assume o padrão de alísios, de Sudeste para Noroeste,
porém sem intensidade suficiente para uma dispersão significativa do poluente, e acarretando
altos valores de concentração próximos as fontes das queimadas (Figuras 4.8K, 4.9M e 4.9N).
Às 19Z do dia 04/11/11 (Figura 4.8L), os ventos alísios se tornam intensos sobre o território de
Alagoas, fazendo com que o material poluente que anteriormente estava em altas concentrações,
se disperse em direções aos Estados mais ao norte, (Pernambuco e Paraíba), com cerca de 150
km da sua fonte de emissão (-8ºS; -35,5ºW), e em concentrações de 200 a 800 ppbv (Figura
4.8L).
77
Figura 4.5 - Concentração de CO e direção do Vento às (A) 01Z, (B) 13Z e (C) 19Z do dia 01 de
novembro de 2011.
(A) 01Z do dia 01/11/2011
(B) 13Z do dia 01/11/2011
(C) 19Z do dia 01/11/2011
78
Figura 4.6 - Concentração de CO e direção do Vento às (D) 01Z, (E) 13Z e (F) 19Z do dia 02 de
novembro de 2011.
(D) 01Z do dia 02/11/2011
(E) 13Z do dia 02/11/2011
(F) 19Z do dia 02/11/2011
79
Figura 4.7 - Concentração de CO e direção do Vento às (G) 01Z, (H) 13Z e (I) 19Z do dia 03 de
novembro de 2011.
(G) 01Z do dia 03/11/2011
(H) 13Z do dia 03/11/2011
(I) 19Z do dia 03/11/2011
80
Figura 4.8 - Concentração de CO e direção do Vento às (J) 01Z, (K) 13Z e (L) 19Z do dia 04 de
novembro de 2011.
(J) 01Z do dia 04/11/2011
(K) 01Z do dia 04/11/2011
(L) 19Z do dia 04/11/2011
81
Figura 4.9 - Concentração de CO e direção do Vento às (M) 01Z, (N) 13Z e (O) 19Z do dia 05 de
novembro de 2011.
(M) 01Z do dia 05/11/2011
(N) 13Z do dia 05/11/2011
(O) 01Z do dia 05/11/2011
82
4.1 Fase COMPLETA
Já na fase final da pesquisa utilizou-se o pré-processador BBEI de forma completa, junto
com análise do período de estudo para a dispersão dos poluentes CO e PM2,5, ou seja, será feita
a análise de gás traço e aerossol, ambos emitidos na queima da palha-de-açúcar. Esta fase será
amplamente discutida no sentido de validar as simulações.
4.1.1
Dados Meteorológicos
A principal motivação para a escolha do período de estudo, entre 28 de janeiro a 01 de
fevereiro de 2013, foi o aumento considerável no número de focos no Estado de Alagoas,
detectados pelos satélites, como observado na Figura 3.7.
Ao fazer uma análise dos dados de estações automáticas do INMET, para três
localidades distintas no Estado de Alagoas, são selecionados dados de Umidade Relativa,
Temperatura, Direção e Velocidade do Vento, para municípios aonde são observadas ou sofrem
da influência de queimadas de canaviais durante o período, sendo eles: Maceió, Arapiraca e
Coruripe (Figura 3.12).
Observa-se um padrão contrário na figura 4.10 entre as duas variáveis, justificando
assim o horário de queima da palha de cana-de-açúcar no Estado, no período ao final da noite.
Já que a alta temperatura do ar associada à baixa umidade, que são elementos essenciais para a
ocorrência de rápida propagação de incêndios, ou seja, e possível maior controle sobre o
mesmo.
Nota-se que as maiores temperaturas, bem como as menores UR ocorrem no município
de Arapiraca para todos os dias de análise. Isso ocorre em função da sua localização no Agreste
alagoano. Também é perceptível observar a amplitude térmica e de umidade, maiores na cidade
de Arapiraca (Agreste) do que nas cidades localizadas ao litoral do estado. Maceió e Coruripe,
possivelmente associado as condições de localização e relevo, devido a mesorregião do agreste
ser a transição entre litoral e semiárido, ou seja, durante o dia maiores temperaturas com
menores UR, e por conseguinte com menores temperaturas maiores UR. Por este motivo as
queimadas no Estado ocorrem no período ao final do dia. As temperaturas máximas e mínimas
nas cidades do litoral se demonstram no decorrer dos cinco dias bem próximas umas das outras,
porém em Arapiraca é observado uma diferença próxima de 1ºC a mais para temperatura
máxima e mínima, essa diferença de temperatura deve ser em função ao fator termorregulador
do Oceano Atlântico, que controla a temperatura e umidade próximo ao litoral.
Figura 4.10 – Dados de Umidade Relativa (%) e Temperatura (°C) do ar, obtidos das estações do
83
INMET das 00 UTC do dia 28 de janeiro às 12 UTC dia 01 de fevereiro de 2013, para os municípios
de Maceió, Arapiraca e Coruripe.
(Data e Hora)
Fonte: adaptado INMET
A velocidade e direção do vento é fator que mais interfere na propagação e intensidade
de um incêndio, assim como é o principal responsável pela dispersão dos poluentes emitidos
durante a queima. Durante o período de estudo, os dados das estações para Maceió, Coruripe e
Arapiraca (Figura 4.11a, 4.12b, 4.12c, respectivamente) se mostraram com ventos dentro da
normal climatológica do INMET para período para as Regiões (em média 3,5 m/s) e direção de
Nordeste e Leste, conforme o passar dos dias.
As velocidades do vento nas 3 localidades estão influenciadas diretamente pela
localização das estações. De acordo com os dados das figuras 4.11 e 4.12, são observados os
valores máximos de velocidade do vento em Arapiraca, localizado no agreste do estado, onde
a estação está localizada em uma altitude maior, e consequentemente menores velocidades
foram observadas no litoral, onde as estações estão relativamente mais próximas do nível médio
do mar. Esta influência da altitude de medição na velocidade horizontal é confirmada por Dutra
(2001), que diz que as camadas mais baixas de ar tendem a. sofrer maiores efeitos de atrito que
84
as superiores, resultando numa variação da velocidade média do vento com a altura. Para o caso
de Coruripe, de acordo com informações específicas referente a localização, foi descoberto que
estação está localizada dentro da Usina Coruripe, sofrendo influência nos dados de materiais e
equipamentos do local.
Devido então ao fator localização e somado ao fato do modelo trabalhar em função de
uma área (grade do modelo) em comparação a estação de monitoramento de dados de
velocidade e direção do vento, para uma análise estatística foi observado coeficientes de
correlação fraco para as cidades localizadas no litoral e moderado para Arapiraca.
Figura 4.11 – Dados de direção (º) e velocidade (°C) do vento, obtidos das estações INMET das 00
UTC do dia 28 de janeiro às 12 UTC dia 01 de fevereiro de 2013, para o município de (A) Maceió.
(A)
85
Figura 4.12 – Dados de direção (º) e velocidade (°C) do vento, obtidos das estações INMET das 00
UTC do dia 28 de janeiro às 12 UTC dia 01 de fevereiro de 2013, para os municípios de (B)
Arapiraca e (C) Coruripe.
(B)
(C)
4.2.1
Análise Sinótica
No período escolhido para a análise neste estudo, do dia 28 de janeiro a 1 de fevereiro
de 2013, é observado um padrão estável na atmosfera sobre o Estado de Alagoas. Essa
configuração já era esperada, visto que as queimadas promovidas nos canaviais no Estado são
realizadas no período de ausência de chuvas. Na Figura 4.13, imagens do satélite GOES-13 no
canal do vapor, observa-se a ausência de nebulosidade sobre o Estado de Alagoas, todavia existe
86
uma intensa nebulosidade aos arredores do Estado, entre a região Noroeste de Alagoas, Sul da
Bahia, Minas Gerais e Espírito Santo.
Figura 4.13 - Imagens do satélite GOES-13 no canal vapor d’água para às para 00Z dos dias (a)
28/01/2013, (b) 29/01/2013, (c) 30/01/2013, (d) 31/01/2013 e (e) 01/02/2013.
(a) 28/01/2013
(d) 31/01/2013
(b) 29/01/2013
(c) 30/01/2013
(e) 01/02/2013
Fonte: adaptado CPTEC/INPE.
Em geral, ao observar das cartas sinóticas de 250 hPa de 00Z para os mesmos dias (Figura
4.14), percebe-se que essa nebulosidade nos Estados em volta de Alagoas está associada a um
cavado atuando em altos níveis que mantém o padrão sinótico associado à presença da Zona de
Convergência da América do Sul (ZCAS) em superfície, justificando assim a nebulosidade
sobre o Sudeste e Sul da Bahia influenciando na nebulosidade precipitante da região norte do
Brasil. Porém esse sistema não atua no Estado de Alagoas.
87
Figura 4.14 - Carta Sinótica do nível de 250hPa para às para 00Z dos dias (a) 28/01/2013, (b)
29/01/2013, (c) 30/01/2013, (d) 31/01/2013 e (e) 01/02/2013.
(a) 28/01/2013
(d) 31/01/2013
(b) 29/01/2013
(c) 30/01/2013
(e) 01/02/2013
Fonte: CPTEC/INPE.
Em superfície, de acordo com as cartas de pressão ao nível do mar da Marinha do Brasil,
na Figura 4.15 (nos dias 28, 29 e 30 de janeiro, a, b e c, respectivamente), pode ser observar a
crista de um anticiclone, próximo ao NEB, com seu centro fora da imagem, este sistema dá
suporte a ZCAS em superfície que atua no Sudeste do Brasil e Sul da Bahia. Esse padrão de
crista justifica a pouca atividade do vento e a direção do vento de Nordeste e Leste próximo a
superfície, como é mostrado na Figura 4.10. A partir, do dia 31 de janeiro (Figura 4.15d e
4.15e), a costa do NEB, passa a ser influenciada pela crista do anticiclone pós-frontal (Alta
Subtropical do Atlântico Sul), que não altera significativamente em mudanças na direção e
velocidade do vento sobre o Estado de Alagoas, conforme observado nos dados da Figura 4.11
e 4.12.
88
Figura 4.15 - Carta de pressão ao Nível do Mar para 00 UTC dos dias (a) 28/01/2013, (b)
29/01/2013, (c) 30/01/2013, (d) 31/01/2013 e (e) 01/02/2013.
(a)28/01/2013
(b) 29/01/2013
(d) 31/01/2013
Fonte: Diretoria de Hidrologia e Navegação – DHN
(c) 30/01/2013
(e) 01/02/2013
4.3.3 Monóxido de Carbono (CO)
Foi feita uma simulação previa para o dia 27, que serviu de concentração de fundo para
o dia 28. Onde foram registrados 51 focos para esse dia 27, (figura 3.10).
A Figura 4.16, mostra a dispersão do CO relacionado a intensidade do vento horizontal. De
acordo com a localização dos focos foram separadas por regiões de análise, sendo: A ao norte,
B ao sul e C região central do Estado e os pontos mais distante atingido pela pluma em (D)
89
entre o Sertão de Alagoas e Pernambuco (E) entre o Sertão de Alagoas e Bahia e (F) no Estado
de Sergipe.
Na região A, que engloba o município de Maceió parte do norte do Estado, com base
na figura 4.16a, há grande quantidade de focos e, consequentemente, é observada alta
concentração de CO (3000 ppbv) associado ao foco próximo localizado a NE. Devido a direção
do vento de NE os poluentes emitidos seguem a sua direção, justificando a concentração
presente sobre a cidade de Maceió, com poluentes originados do foco presente em São Luiz do
Quitunde (figura 3.10), que dista cerca de 50 km. O modelo registrou para essa localidade uma
intensidade do vento sobre a superfície entre 4-5 m/s (2,7 m/s pela estação do INMET) e mais
próximo à costa entre 7-8 m/s. Isso gerou um rápido deslocamento da pluma quando emitida
e/ou concentrada próxima ao litoral, porém, quanto mais se adentrava no o continente mais altos
era os valores presente de CO na atmosfera, na ordem de 2500 ppbv.
Na região B, região do município de Coruripe e Penedo ao Sul do Estado, principal
região canavieira de Alagoas, foram observados 12 focos de queimadas, o que justificou a alta
concentração de CO (figura 3.10a). A pluma do gás emitido nessa região associado ao vento de
Nordeste, alcança o Estado de Sergipe, (em concentração de 1000-500 ppbv) ultrapassando uma
distância maior que 200 km dos pontos de emissão.
No ponto C, região de Arapiraca, é observado um grande área com a presença de CO.
Isso foi possível devido à pouca reatividade do CO e ao número de fontes emissoras do poluente
que permitiu concentrar na atmosfera, associado a intensidade do vento que carrega os
poluentes próximos ao ponto A para o C. Uma explicação para esse fato seria com relação a
acumulação do CO, que foi disperso de focos do ponto A, devido à maior velocidade do vento
próximo ao litoral (7-8 m/s) e estagnado no ponto B com menor velocidade (registrado pelo
modelo 5-6 m/s de Leste; pela estação do INMET em Arapiraca 4,6 m/s de Leste). No ponto D,
é o ponto mais distante que a pluma alcança na hora de análise 00Z (21:00h). Mesmo com a
baixa velocidade do vento a massa de ar ao adentrar no continente, transporta o gás traço que é
pouco reativo para maiores distancias, cerca de 200 km, embora sendo em baixas concentrações
(500 ppbv), alcançando o máximo no ponto a oeste do Estado de Alagoas, chegando até os
Estados da Bahia e Pernambuco.
Ao analisar a última hora de rodada do dia 28 (Figura 4.16b), quadro C, o período em que
teoricamente já teria terminado a fase de chamas, ou seja, as queimadas já estariam na sua fase
de brasas, visto que o fogo é intenso, porém dura pouco tempo, dependendo do tamanho do
90
talhão, e cessa após a queima total da palha seca (Zancul, 1998). É possível notar na figura
4.16b concentrações mais altas, em termos gerais, em comparação ao mostrado na figura 4.16a,
período este que representaria a fase de chamas. Ainda, há uma pequena mudança no padrão
do vento, pois no litoral apresenta direção predominante de nordeste, porém no continente o
padrão do vento assume um escoamento zonal, de leste. Tanto o modelo quanto à estação do
INMET para este período, para a região C (Arapiraca) registraram essa mudança na direção do
Vento (figura 4.12B).
Ainda com base na figura 4.16b, o quadro A, mostra que as dispersões dos poluentes
estão bastante influenciadas pela direção e velocidade do vento vindos do Oceano Atlântico, de
direção NE e velocidade do vento 7-8 m/s. Com isso, as emissões da circunvizinhas a cidade
de Maceió (precisamente a NE, N e W da cidade), estão muito mais deslocadas para as
vizinhanças do que propriamente sobre a cidade, mas observa-se um pequeno ponto com
concentração entre 1.500 e 2.000 ppbv. Porém, são observadas concentrações maiores em
cidades vizinhas à Sudoeste de Maceió (entre 2.500 – 3.000 ppbv). No quadro C, vemos uma
grande área com presença demasiadamente grande do poluente, associado a vários focos
espalhados na região de Arapiraca. Possivelmente os incêndios nesta região entraram na fase
de brasas, onde é emitido grande quantidade de CO e baixa velocidade do vento, acumulando
o referido poluente na região. Ainda no quadro B pode-se notar um ponto com maior
concentração, com valor de 4.000 ppbv (valor de concentração máxima igual ao observado nas
simulações para emissões noturnas de cana-de-açúcar em Vedrasco, 2006), na cidade de
Penedo, ao sul do Estado de Alagoas, fato este ligado a grande quantidade de focos de
queimadas na região mencionada, ver figura 3.10, onde a direção predominante do vento faz
com que os transportes de poluentes ocasionem altas concentrações nesta região. Para cidades
entre a fronteira de Alagoas e Sergipe são observadas altas concentrações que afetam
drasticamente a qualidade do ar. O ponto E da figura 4.16b observa-se que a distância percorrida
pelo poluente ultrapassou os limites da figura em questão, chegando provavelmente no Estado
da Bahia em pequenas concentrações (100 a 500 ppbv), distância essa que ultrapassa 300 km
de distância.
Na região A, ao norte do Estado na figura 4.16c, as emissões estão sob influência de um
vento de nordeste, onde próximo ao litoral tem uma velocidade média de 7-8 m/s, fazendo co,
que o CO rapidamente seja transportado assim que emitido. Ao analisar as concentrações na
parte continental, pode-se observar que próximo a 9º S e 36 W, os ventos, assim como as
concentrações fazem um "contorno", com uma situação de próxima a calmaria, este fato
91
possivelmente está associado a chamada serra da Borborema, na divisa entre Alagoas e
Pernambuco. Para tanto, devido a velocidade do vento para o período de início das queimadas,
não é observado áreas com grandes concentrações afastadas da fonte de emissão.
Já na região B, ao sul do Estado, é observado basicamente o mesmo padrão dos demais
pontos, todavia, são encontrados mais focos aglomerados nesse ponto, mais precisamente no
município de Penedo (Figura 3.10b). Os poluentes emitidos ao sul do Estado, ao seguirem o
padrão do vento continental (de Leste, tanto para o modelo quanto para a medição da estação
do INMET no município de Arapiraca), na região do Agreste até o Sertão, ocorre a soma das
concentrações dos pontos A e B, que estão baixas (entre 100 – 500 ppbv), associado a pouca
reatividade e ao tempo de permanência do monóxido de carbono na atmosfera, faz com que seu
transporte resulte além dos limites do Estado, sendo detectado concentrações no sertão
pernambucano (Ponto D, entre o Sertão de Alagoas e Pernambuco), com mais de 300 km de
distância percorrida.
Para às 12Z do mesmo dia (Figura 4.16d), foi observado, assim como no dia anterior,
alteração na atividade do vento, basicamente em todo o Estado velocidade de 5-6 m/s (As
estações de Maceió, Arapiraca e Coruripe, registraram: 5,6; 4,4; e 3,1 m/s, respectivamente).
No quadro A, durante o período de brasas dos incêndios, a pluma emitida ao norte percorre uma
distância cerca de 100 km, do município de Porto Calvo (-9,1º S e -35,5º W) até região próxima
à capital alagoana (Maceió, -9,5ºS e -35º W), apresentando uma concentração de até 2.000 ppbv
na região.
Para a Região B, pode-se destacar os focos presentes nas cidades de Arapiraca e Penedo.
O primeiro localizado em 10ºS e 36,5W, apresenta dois focos que contribuem para a dispersão
do CO associado a vento oriundos de Nordeste que alcança o Estado do Sergipe. Os focos
localizados no extremo Sul do Estado, na cidade de Penedo, é o principal contribuinte para o
aumento da concentração no Ponto F, que está a mais 200 km dos focos em Penedo. Em cidades
mais próximas à Penedo no Estado de Sergipe (visto que, a mesma é fronteira com o Estado
vizinho), foram observadas altas concentrações a pelo menos 50 km dos focos de Penedos, entre
1.500-2.000 ppbv.
Na Figura 4.16e, pode-se observar pouca atividade do vento sobre o território de Alagoas,
principalmente na região litorânea área onde está presente a maior parte dos canaviais no
Estado. Esse padrão de ventos fracos sobre o continente possivelmente poderia estar ligado ao
fenômeno de brisa, que durante o resfriamento radiativo no período noturno, faz com que os
92
ventos próximos ao litoral soprem no sentido continente-oceano. Essa configuração faz com
que a dispersão de CO ocorra de maneira lenta e mantenha altas concentrações nas
proximidades das fontes, como observado nos focos ao norte do Estado (quadro A da figura
4.14), próximo ao norte da cidade de Maceió, bem como nas queimadas próximas a Coruripe
(10º S e 36,4º W), quadro B (Figura 3.10c). Nessa última são observadas concentrações de 4000
ppbv devido à pequena velocidade do vento. Ao observar o deslocamento da pluma até o Ponto
D, novamente, mesmo com a baixa atividade do vento às 05Z a pluma se desloca novamente
para o sertão alagoano, sendo possível observar um padrão de circulação diário, bem como uma
característica de dispersão, do litoral ao interior do Estado.
Já no período de brasas (Figura 4.16f), os ventos adquirem uma maior de velocidade
sobre o continente (entre 5-6 m/s), passando a soprar de leste. Nas estações do INMET foram
registradas velocidades do vento às 12Z para Maceió de aproximadamente 4,4 m/s, Arapiraca
de 4,4 m/s e Coruripe de 3,4 m/s, com direção de Leste, assim como na medição das estação
(figura 4.11A, e 4.12B e C). No quadro A se observa a concentração do CO (100-500 ppbv) em
uma grande extensão territorial, possivelmente devido ao encontro de plumas de focos
diferentes e sua pouca reatividade na atmosfera. No quadro B, se observa que as emissões do
foco localizado próximo a Coruripe (10º S e 36,4º W) se dispersaram, mesmo com
concentrações altas próximas aos focos de queimadas (4000 ppbv), e em pontos que estão mais
distantes dos focos de queimadas (10ºS; 36,6ºW), à aproximadamente 50 km da fonte.
Fazendo uma comparação entre as figuras 3.10d e 4.16g, é possível observar focos isolados
no sertão alagoano, conforme informações do IBGE referente a produção agrícola municipal
de 2010 (Figura 3.3), essa região possui áreas com produção de cana. A presença deste foco no
Sertão do Estado, o que poderia justificar para esse caso concentrações transportadas até o
sertão pernambucano, cerca de 150 km do foco de emissão (Ponto D). Novamente o padrão de
ventos se repetem fracos durante a madrugada como na análise do dia anterior. Por essa razão
as concentrações de CO são altas próximo as fontes de emissão. Com base na Figura 3.10d, são
observados focos no litoral norte do Estado, afastados um ao outro (Quadro A da figura 4.16g).
Sendo que na região B, próximos as coordenadas, 10º e 10,5ºS; 36º e 36,5º W, focos são
próximos um do outro. Isso justificaria a alta concentração na região (3500-4000 ppbv). Esse
range de valores estão em conformidade aos encontrado nas medições realizadas por Mariano
(2010) com sistema LIDAR em pontos próximos as queimadas, bem como aos valores que a
CETESB 1999/98, divulgou como concentrações máxima durante ao período de queimadas.
93
Para às 12Z (9:00 hora local), figura 4.16h, o padrão zonal do vento se faz presente
novamente. Nesse horário é observado concentrações em todos os Estados vizinhos de Alagoas
(Bahia, Sergipe e Pernambuco). As emissões dos focos na região A (norte do Estado), devido
à ventos predominantes de leste, direcionam a dispersão do litoral norte para o agreste alagoano
e para cidades localizadas na divisa dos Estados Alagoas e Pernambuco. As emissões dos focos
quadro B (região sul do Estado), devido ao vento no litoral de nordeste e dentro do continente
de leste, faz com que o poluente CO chegue até o Estado de Sergipe, se deslocando por mais de
150 km do foco original de emissão, na coordenada 10ºS; 36,3ºW, que ainda, possui alta
concentração do CO, com valores de entre 2000-2500 ppbv, durante a fase de brasas. O Ponto
D (entre o Sertão de Alagoas e Pernambuco) o poluente CO está diretamente associado ao foco
no Sertão de Alagoas, essa fonte, rapidamente dispersa suas emissões, como é observado na
figura 4.14h. As regiões mais áridas, com elevada temperatura e baixa umidade relativa do ar,
como é esperado para regiões como sertão alagoano, são as mais susceptíveis à propagação dos
focos de incêndio.
No dia 1º de fevereiro as 3Z (00:00 hora local), figura 4.16i, e com base na figura 3.10e,
os focos de queimadas se mostraram em maior número apresentam em aglomerados no Estado
de Alagoas, principalmente, em Penedo (10,3ºS; 36,5ºW, extremo sul do Estado) e Anadia
(9,7ºS; 36,3º W, ao centro do Estado). Já para o litoral Norte (Quadro A), os focos estão
próximos, porém, não tanto numerosos quanto nos dois municípios citados. Isto faz com que as
emissões de CO de diferentes focos se encontrem, observando concentrações relativamente
altas em algumas áreas (2.000-2500 ppbv, sobre a cidade de Maceió, oriundas de focos à NE
da cidade), apesar da intensidade do vento sobre o continente estar baixa (2-3 m/s modelo; 2,1
m/s estação, Figura 4.10), para esta região (Quadro A). Ainda, mesmo com a baixa atividade
do vento, são registradas concentrações de CO novamente fora do Estado, chegando até o sertão
pernambucano. No Quadro B, se observa a grande concentração de CO causada pelos focos no
munícipio de Penedo. Mesmo com concentrações de 4000 ppbv sobre a localidades dos focos,
essas emissões se deslocam, com concentrações consideráveis (2000-2500 ppbv) para o Estado
de Sergipe, associado ao vento próximo ao litoral (com velocidade de 6-7 m/s), demonstrando
que, conforme o tamanho da queimada, afetará não só localmente, como também distante da
fonte. É possível observar que concentrações oriundas de Penedo chegam até o Estado da Bahia,
ultrapassando um deslocamento de 200 km.
94
Figura 4.16 - Dispersão e Concentração de Monóxido de carbono do dia 28 de janeiro ao dia 1 de
fevereiro de 2013 em Alagoas.
(a) 00Z do dia 28/01/2013
(b) 12Z do dia 28/01/2013
Quadros: (A) norte do Estado (Região de Maceió), (B) Sul do Estado (Região de Coruripe, (C) Região de Arapiraca
e Concentração mais afastada (D) entre o Sertão de Alagoas e Pernambuco (E) entre o Sertão de Alagoas e Bahia.
(c) 00Z do dia 29/01/2013
(d) 12Z do dia 29/01/2013
Quadros: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado e Concentração mais afastada (D) entre o Sertão de Alagoas e
Pernambuco (F) no Estado de Sergipe.
(e) 05Z do dia 30/01/2013
(f) 12Z do dia 30/01/2013
Quadros: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado e Concentração mais afastada (D) entre o Sertão de Alagoas e
Pernambuco.
95
(g) 04Z do dia 31/01/2013
(h) 12Z do dia 31/01/2013
Quadros: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado e Concentração mais afastada (D) entre o Sertão de Alagoas e
Pernambuco
(i) 03Z do dia 01/02/2013
(j) 10Z do dia 01/02/2013
Quadros: (A) Norte do Estado e (B) Sul do Estado
Fonte: Autor, (2013).
4.3.4 Material Particulado Fino
Neste tópico será analisado os aerossóis (partículas sólidas) emitidos em queimadas de
cana-de-açúcar, considera-se que o material particulado terá padrões diferentes aos gases como
no caso do CO, visto que as partículas sólidas emitidas ascendem positivamente devido à alta
temperatura das queimadas, e a partir disso seguem a direção do escoamento do ar (advecção)
ou se depositam na superfície pela chamada deposição seca, ou seja, pela ação da gravidade. A
deposição úmida não terá grande importância tendo em vista que os dias estudados não
apresentaram precipitação. Outra consideração importante é em relação ao tamanho do
material, pois quanto menor for seu diâmetro, mais fácil e por mais tempo se dará seu transporte
horizontal e vertical, bem como sua capacidade de ser inalada.
96
De acordo com a figura 4.17a, os mesmos 4 regiões serão analisadas com relação a
emissão, dispersão e concentração às 00Z (21:00 hora local) do dia 28 de janeiro de 2013.
Percebe-se que o PM2,5 emitido nos 3 quadros de análise (A na região Norte de Alagoas, B na
região Sul e C na região Central), apresentam valores altos muito próximos as fontes de emissão
e tem pouca capacidade de dispersão, o que já era esperado para análise de partículas sólidas.
Em grande parte, as concentrações estiveram próximas a 40 µg/m³ e diminuindo conforme se
afastavam das fontes de emissões. Já na área D na região Oeste de Alagoas, se observa a
dispersão máxima do PM2,5, emitido possivelmente pelos focos localizados nas proximidades
do quadro B. Esse material foi observado a 150 km da fonte de emissão com concentração de
5 -7.5 µg/m³.
Na última hora de análise do dia 28/01/2013, (figura 4.17b), período em que
teoricamente já passou a fase de chamas e as queimadas estão na fase de brasas pois de acordo
com Ward et al., (1992), o estágio de brasa é o responsável pela emissão da maior parte do
material particulado durante a queimada. O material particulado emitido nessa fase final da
queimada segue o sentido da direção do vento de nordeste no litoral, isto faz com que o emitido
na queimada, seja disperso horizontalmente devido à maior velocidade dos ventos próximos à
costa do Estado. A região B destacada, que engloba a divisa de Alagoas com o Estado de
Sergipe, mais especificamente a cidade de Penedo, mostra que existe um foco que atinge
concentrações de PM2,5 de 60 µg/m³. Valor abaixo ao encontrado por Matsuda (2009), para
média de PM2,5 durante o período de queima nas plantações de cana, de 90 µg/m³, porém
idêntico à encontrada em Lara et al. (2005), ambos estudos com medições do poluente. Esse
ponto é o responsável pelas concentrações que atingem o Estado vizinho (Região E), que são
perceptíveis à uma distância de aproximadamente 200 km da fonte.
Na Figura 4.17c, baixa velocidade do vento baixa ao norte do estado (quadro A). Essa baixa
velocidade do vento faz com o material sólido emitido no litoral norte do estado fique
concentrado sobre a região, chegando próximo a 60 µg/m³.
No quadro B, a atividade do vento é mais eficiente, fazendo o PM2,5 se deslocar cerca de
100km das fontes de emissão. O munícipio de Penedo, no extremo sul do estado, é o principal
contribuinte para as emissões no período, devido a quantidade de fontes emissoras. Contudo,
sua emissão tem mais influência novamente no estado de Sergipe, em razão da direção do vento
(de NE) no período.
No período das 12Z (9:00 hora local), figura 4.17d, com a maior atividade do vento em
todo estado, o PM2,5 se dispersa conforme a direção (NE) e velocidade do vento (5-6 m/s). No
97
ponto B, nos focos do município de Penedo a extensão horizontal da dispersão do material
sólido fino emitido que chega até Sergipe é superior a 50 km e com concentrações de 30 µg/m³.
No quadro A, ao norte do estado, é verificado que os poluentes não emitidos com a
mesma intensidade do extremo sul. Próximo a 9º S e 35,5º W é observado sobre os focos altas
concentrações, porém, com o deslocamento do vento essas concentrações vão diminuindo, o
qual está associado a velocidade do que espalha o aerossol.
As 2:00 hora local (05Z), do dia 30 de janeiro de 2013 é perceptível altas concentrações
de aerossol próximo aos focos de queimada (Figura 4.17e). Esse padrão fica bem formado
devido à pouca velocidade do vento (2-3 m/s), que mantém o poluente estagnado, limitando seu
transporte. Em ambos quadros (A e B) são vistas concentrações de 60 µg/m³ sobre os focos de
queimadas.
Para o período final das queimadas, às 12Z (9:00 hora local) do dia 30/01/2013 (Figura
4.17f) é possível notar a mudança na direção do vento, que adquiriu um padrão zonal, bem
como houve um aumento em sua velocidade (5-6 m/s), modificando significativamente o
destino da pluma e concentração, tendo respectivamente, um deslocamento de leste para oeste,
que influencia diretamente na dispersão das concentrações, e com isso, os valores de
concentração dos focos é diminuído. No quadro B, coordenada 10ºS; 36,6ºW, é localizada as
maiores concentrações (40 µg/m³).
Ao analisar o PM2,5 às 04Z (1:00 hora local), é visto que mesmo em focos de emissões
de queimadas isolados, as concentrações não atingem valores tão significativos (30-40µg/m³)
quando se considera focos próximos um do outro (figura 4.15g). No quadro A, os focos ao norte
do estado estão isolados um ao outro, portanto caracterizando baixas concentrações próximo a
fonte. Já no quadro B, onde há aglomerados de focos em um curto espaço, é possível ver
claramente maiores concentrações (60µg/m³) e assim a união entre plumas de diferentes
ocasionando alta concentração estendida numa região de mais de 100 km de extensão.
Às 12Z (9:00 hora local), figura 4.17h, com a maior atividade do vento nota-se que os
focos isolados no quadro A praticamente não tem concentrações significativas, o que demonstra
a eficiência da atividade do vento na dispersão do PM2,5. No ponto B, observa-se uma grande
área entre focos aproximados com alta concentração de material particulado (40-50µg/m³),
porém com a velocidade do vento mais acentuado no período matutino (6 m/s), a concentração
se apresenta menor valor, comprovando novamente a influência do vento na dispersão e
concentração do material.
98
Na Figura 4.17i, no dia 01 de fevereiro as 03Z (meia-noite local), é possível notar dois
padrões diferentes nos quadros A e B. No quadro A, nota-se que a pouca atividade do vento
(pelo modelo 2-3 m/s; pela estação INMET Coruripe: 1,6 m/s) para o horário, fez com que o
material permaneça em altas concentrações próximo aos focos de queimadas, mesmo que os
focos não estejam tão próximos quantos no Quadro B (região de Maceió). No quadro A, é visto
que a concentração sobre a localidade se faz presente em altas concentrações em consequência
da união entre plumas de diferentes localidades (Figura 3.10e). Já mais ao centro, em Anadia
(9,7ºS; 36,3º W), foi constatado um padrão de maior deslocamento da pluma, a qual está
associado à maior número de focos em um pequeno espaço territorial, assim como visto no
quadro B. Neste quadro, devido à grande quantidade de focos sobre Penedo e, mesmo com a
pouca atividade do vento no horário, é possível observar a pluma do material se dispersar para
o estado de Sergipe. Este fato se deve a grande emissão diretamente ligado a quantidade de
biomassa queimada e, consequentemente, a maior emissão de PM2,5 para atmosfera. Assim, é
possível observar altas concentrações emitidas até 150 km de distância das fontes.
Para às 10Z (7:00 hora local), figura 4.17j, foi observada as concentrações se deslocando
para um sentido à sudeste do seu foco. Isso se deve ao fato da mudança na direção do vento que
assumiu uma direção de Nordeste. No quadro A, são observadas concentrações PM2,5 emitido
em 4 localidades bem definidas, com um padrão de deslocamento da pluma de nordeste.
Todavia, é visto o deslocamento dessas localidades em pequenas quantidades, alcanças o litoral
sul do estado, próximo ao quadro B. No quadro B, próximo à cidade de Penedo, observa-se que
os focos aglomerados em uma mesma localidade, gerou uma extensa pluma de PM2,5, com sua
concentração, próxima aos focos de 60 µg/m³, e nos arredores em torno 40 µg/m³, numa
distância de quase 100 km dos focos.
99
Figura 4.17 - Dispersão e Concentração de Material Particulado Fino do dia 28 de janeiro ao dia
1 de fevereiro de 2013 em Alagoas.
(a) 00Z do dia 28/01/2013
(b) 12Z do dia 28/01/2013
Quadro: (A) Norte do Estado (Região de Maceió), (B) Sul do Estado (Região de Coruripe), (C) Região Central
(Arapiraca), (D) Oeste do Estado e (E) no Estado de Sergipe.
(c) 00Z do dia 29/01/2013
(d) 12Z do dia 29/01/2013
Quadro: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado.
(e) 05Z do dia 30/01/2013
Quadro: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado
(f) 12Z do dia 30/01/2013
100
(g) 04Z do dia 31/01/2013
(h) 12Z do dia 31/01/2013
Quadro: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado e (D) Oeste do Estado
(i) 03Z do dia 01/02/2013
(j) 10Z do dia 01/02/2013
Quadro: (A) Norte do Estado, (B) Sul do Estado
Fonte: Autor, (2013).
4.3.5 Contribuição da Queimada na Convecção “Plume Rise”
Nesta seção será realizado uma análise referente a ascensão da pluma no dia 28 de janeiro
de 2013 no município de Penedo (Figura 4.18A). A altura da pluma de CO e PM2,5 serão
analisadas com e sem o mecanismo de ascensão da pluma (Plume Rise).
Na figura 4.18 está sendo mostrado a localização do município de Penedo, assim como a
altura dos níveis verticais do modelo para efeito de comparação da ascensão da pluma.
101
Figura 4.18 - (A) localização no Estado de Alagoas do município de Penedo (-10.3S, -36.58W), e
(B) Relação entre os níveis do modelo e altura vertical (metros).
(A)
(B)
Fonte: Autor, 2013
A evolução no tempo de emissão de CO e PM 2,5 associado com o mecanismo de
elevação da pluma é mostrada Figuras 4.19Be 4.20B, já sem o mecanismo, nas 4.19A e 4.20A,
respectivamente, para um ponto fixo no modelo que representa o processo em ponto de grade,
com queimadas simultâneas no município de Penedo.
Freitas et al. (2007), realizaram uma comparação dos resultados do modelo com e sem
o mecanismo de plume rise, ambos para o CO. Foi demonstrado a importância deste mecanismo
na simulação de CO ao longo de toda a troposfera, incluindo a CLP. Sem o mecanismo de
ascensão da pluma a troposfera livre simulada durante a queimada é muito limpa, enquanto o
CO na CLP é superestimado. Esta característica que os autores afirmam não estar de acordo
com os dados de sensoriamento remoto observados para região amazônica.
As maiores concentrações se mantiveram próxima a camada superficial, já que durante
a noite, a estabilidade atmosférica limita o aumento da pluma em cerca de 100 metros da
superfície (Figura 4.19A e 4.20A). Com a evolução da queimada e, consequentemente com o
início das emissões foi observado o aprisionamento da pluma até 200 metros de altura, obtendo
um pequeno aumento as 06:00Z (3:00 hora local), no horário de maior emissão de CO.
A ascensão da pluma de CO com à inclusão do mecanismo “plume rise” (Figura 4.19B),
foi analisado ao término das emissões do dia anterior (entre 12Z e 15Z 27/01), durante o período
de instabilidade atmosférica (causado pelo aquecimento diurno da superfície). Observa-se a
102
presença de concentração de CO (figura 4.19B) em níveis verticais mais altos em comparação
ao uso sem o mecanismo de ascensão. Porém a concentração mantém-se próxima à superfície
(200 metros). No início do ciclo das emissões (por volta das 03Z), foi constatado novamente
ascensão vertical da pluma de CO para alturas superiores a 300 metros durante o período estável
da camada. Com o início do dia e aquecimento da superfície pela radiação e, consequentemente,
com o aumento da CLP foi possível observar que a pluma de CO ascendeu verticalmente a pelo
menos 500 metros de altura.
Figura 4.19 – Ascensão da pluma de CO na caixa de grade durante o dia 28 de janeiro de 2013 (A)
sem o mecanismo e (B) com o mecanismo.
(A) Sem o mecanismo
(B) Com o Mecanismo
Fonte: Autor, 2013.
Para o PM2,5 (Figura 4.20B) a configuração de ascensão é mais notável. Assim como
para o CO sem a ascensão da pluma a distribuição de PM2,5 não alcança alturas maiores que
200 metros. Todavia, a ascensão vertical da pluma de PM2,5 com a presença do mecanismo de
ascensão é possível observar alcance alturas maiores. Durante a noite, a estabilidade
atmosférica limita o desenvolvimento da pluma a pouco mais de 200 metros (21Z até 00Z).
Com início das emissões e devido ao empuxo positivo a pluma ascende a uma altura de próxima
à 1,3 km (06Z). Na parte da manhã o aquecimento superficial provoca a subida da pluma que
atinge uma altura de 1,7 km com uma camada de injeção de poluente nesta altura.
103
Figura 4.20 – Ascensão da pluma de PM2,5 na caixa de grade durante o dia 28 de janeiro de 2013
(A) sem o mecanismo e (B) com o mecanismo.
(A)
(B)
Fonte: Autor, 2013.
Freitas et al. (2007), explicaram que devido ao resfriamento por radiação e o eficiente
transporte de calor por convecção, há um rápido decaimento na temperatura das emissões das
queimadas. Ainda, com a interação entre a pluma e o ambiente, são produzidos turbilhões que
arrastam ar mais frio do ambiente na pluma, o que a dilui e reduz a flutuabilidade. A
característica dominante é um fluxo forte para cima, com aumento de temperatura em relação
a temperatura do ambiente. A altura final (camada de injeção) da pluma é controlada pela
estabilidade termodinâmica do ambiente e a liberação de calor da superfície pelo fogo.
Considerações a respeito das emissões, principalmente referente a resolução espacial
(tamanho da área queimada) e variação temporal (período do dia em que está sendo realizado a
queima), são as principais variáveis que ditarão a ascensão vertical da pluma, (Val Martin et
al., 2012). De acordo com os autores, é difícil realizar uma incorporação avançada do
mecanismo de plume rise em modelos atmosféricos.
4.3.6 Sensoriamento Remoto
Para uma análise referente ao transporte do gás Monóxido Carbono foi comparado a
saída final de cada dia de análise do modelo WRF/CHEM no estado de Alagoas (Figura 4.19),
à dados de sondagem do sensor Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) presente no satélite
AQUA, e faz parte da aplicação GIOVANNI (Geospatial Interactive Online Visualization ANd
aNalysis Infrastructure) desenvolvida pela GES DISC: (Goddard Earth Sciences, Data and
Information Services Center) (Figura 4.20).
104
É possível notar um bom desempenho do modelo para representar o transporte do poluente
emitido no estado Alagoas.
Figura 4.21 -. Última imagem de saída do modelo para os 5 dias de análise. Do dia 28 de janeiro à
1 de fevereiro, respectivamente.
(A)
(B)
(D)
(C)
(E)
Fonte: Autor (2013).
Observa-se o transporte do CO, se dando no sentido de Nordeste-Oeste (próximo ao
litoral) e Leste-Oeste (dentro do continente), nas imagens finais de simulação do dia 28 de
janeiro a 1 de fevereiro (Figura 4.21). Fazendo as emissões migrar do litoral de Alagoas para
Sertão do estado, Bahia e Sergipe. Associado a variação temporal do padrão da direção e
velocidade do vento a 10 metros da superfície.
Na Figura 4.21, mostra um padrão no transporte simulado pelo modelo e as maiores
concentrações de CO na parte central do litoral de Alagoas (9,5º S; 36,4º W), devido à maior
intensidade do vento na costa sul do Estado, os poluentes emitidos pela queima de biomassa
apresentaram esse padrão de dispersão, que fez com que os poluentes emitidos na queimada
tivessem maior dispersão na região onde havia maior velocidade do vento. Isso pode ser
105
comprovado com o total ascendente de CO apenas sobre Alagoas do, obtido com o sensor
AIRS, do dia 28 de janeiro a 1 de fevereiro (Figura 4.22). É visto as concentrações conforme a
direção do vento predominante, de Nordeste, onde também foram representados pelo modelo e
pelos dados observados do INMET, para as estações de Maceió, Coruripe e Arapiraca. Devido
à dificuldade de obtenção desse tipo de informações para uma pequena área como o Estado de
Alagoas, visto que a obtenção destas informações depende da região exata que o satélite passa
pela região, e assim, sendo necessário fazer uma concentração acumulada para todos os dias
em questão.
Figura 4.22 - Total ascendente de CO na camada atmosférica do dia 28 de janeiro ao dia 1 de
fevereiro de 2013.
Fonte: adaptado NASA; Autor (2013).
106
CONCLUSÃO
A implementação do Biomass Burning Emission Input, para o tratamento das emissões
ocasionadas pela queima da palha de cana-de-açúcar, foi possível realizar o estudo baseado na
dispersão e concentração dos poluentes CO e PM2,5, através do modelo WRF/Chem.
Foram encontradas concentrações máximas de 4000 ppbv de CO e 60 µg/m³ de PM2,5.
Em estudos bibliográficos mostraram que as concentrações máximas de CO e PM2,5 próximas
aos focos de queimadas são em torno 3500-4000 ppbv (Mariano, 2010; Vedrasco, 2006;
CETESB,1999) e entre 60-90 µg/m³ (Matsuda, 2009; Lara et al., 2005; CETESB, 1999).
Com a intensidade do vento foi possível observar o transporte destes poluentes por
quilômetros de distância do ponto inicial de emissão. Mas também a quantidade de focos
próximos um ao outro e a natureza do poluente, gás ou aerossol. O CO, apresentou influência
na atmosfera dos estados vizinhos à Alagoas em concentrações entre 100-500 ppbv para um
deslocamento superior a 300 km, e para localidades mais próximas, entre 2000-2500 ppbv à
pelo menos 100 km da fonte. O modelo se aproximou ao transporte do poluente CO, conforme
os dados de qualidade do ar de sondagem atmosférica (AIRS). O gás obteve um deslocamento
de acordo com a direção do vento predominante no período, de Nordeste. E, assim sendo
observado as maiores concentrações ao Sul do Estado de Alagoas.
Para o PM2,5, considerações diferentes são observadas, devido a sua característica de
poluente sólido, seu processo de permanência na atmosfera é mais curto, condicionado ao
processo de deposição seca. Foi analisado o transporte de PM2,5, em localidades que havia
grande quantidade de focos de queimadas próximos, e assim se deslocando por distância
superior à 100 km, numa concentração entre 30-40 µg/m³.
A utilização do Plume Rise gerou resultados mais realistas em termo de dispersão
vertical, onde o efeito da ascensão da pluma foi considerado nas simulações.
Foi possível observar que as emissões sobre os focos de queimadas realmente apresentam uma
ascensão vertical próximo aos focos. Foi observada à altura de injeção de para PM2,5, a cerca
de 1,7 km da superfície. Os resultados mostrados nestes estudos entram em acordo com as
afirmações de Freitas et al. (2007) para a representação vertical ocasionado pela queima de
biomassa.
Contudo, o BBEI demonstrou ser uma ferramenta valiosa para descrever as emissões
por queima de biomassa, servindo como fonte de emissão ao modelo WRF/Chem.
107
108
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122
APÊNDICE A
LISTA DE PUBLICAÇÕES
MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JUNIOR, R. S.: Estudo da dispersão de poluentes no
estado de Alagoas, simulando queimadas no litoral do estado. In: Congresso Brasileiro de
Meteorologia, Gramado - RS. 2013
___________________________________________________________________________
ESTUDO DA DISPERSÃO DE POLUENTES NO ESTADO DE ALAGOAS,
SIMULANDO QUEIMADAS NO LITORAL DO ESTADO.
MOLLMANN JUNIOR, R. A.¹, SILVA JÚNIOR, R. S.²
¹, ² UFAL – Universidade Federal de Alagoas – mollmann_r@hotmail.com
RESUMO: No estado de Alagoas, um dos maiores produtores de cana-de-açúcar no Brasil, a
maneira de auxiliar na colheita da cana-de-açúcar é a prática das queimadas. Para identificar os
impactos dessas queimadas na atmosfera, foram realizadas simulações computacionais para
avaliar a dispersão dos poluentes emitidos em possíveis queimadas no litoral alagoano. Neste
estudo é feita uma simulação de 6 focos de queimadas no litoral de Alagoas, e é analisado como
os parâmetros meteorológicos influenciam na dispersão dos poluentes. Os principais resultados
mostraram uma dispersão horizontal de aproximadamente 250 km e vertical de
aproximadamente 5 km de altura.
___________________________________________________________________________
MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JUNIOR, R. S.; GOMES, H. B.; MOURA, M. A. L.:
123
Estudo da dispersão de monóxido de carbono (CO) emitido através da queima de canade-açúcar, no estado de Alagoas. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 6, p. 488-499,
2013.
___________________________________________________________________________
Revista Brasileira de Geografia Física V. 06 N. 03 (2013) 488-499
Revista Brasileira de
Geografia Física
ISSN:1984-2295
Homepage: www.ufpe.br/rbgfe
Estudo da dispersão de monóxido de carbono (CO) emitido através da
queima de cana-de-açúcar, no estado de Alagoas
Ricardo Antonio Mollmann Junior¹, Rosiberto Salustiano da Silva Junior², Heliofábio Barros
Gomes², Marcos Antônio Lima Moura².
Mestrando em Meteorologia no Instituto de Ciências Atmosféricas da Universidade Federal de Alagoas –
ICAT/UFAL, Maceió, Alagoas – Brasil. Email: mollmann_r@hotmail.com.br, 2 Prof. Dr. Departamento de
Meteorologia do Instituto de Ciências Atmosféricas da Universidade Federal de Alagoas - ICAT/UFAL, Av.
Lourival Melo Mota, s/n, Cidade Universitária - Maceió, Alagoas – Brasil. Email: rosibertojr@gmail.com,
heliofab@gmail.com, malm@ccen.ufal.br.
1
Artigo recebido em 10/04/2013 e aceite em 10/09/2013
RESUMO
O estado de Alagoas é um dos maiores produtores de cana-de-açúcar no Brasil e faz uso da prática das queimadas
para auxiliar na colheita da cana-de-açúcar. O módulo químico do modelo atmosférico WRF (WRF/CHEM –
Weather Reaserch Forecasting/CHEMistry), possibilitou as análises de concentração e dispersão do gás traço
Monóxido de Carbono (CO), oriundos de focos de queimadas detectados operacionalmente no Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE), pelo sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) presente
no satélite AQUA da National Aeronautics and Space Administration (NASA), entre os dias 1 a 6 de novembro
de 2011. Para avaliar a dispersão foi utilizada a direção e a velocidade do vento a 10 metros de altura, no sentido
de estimar o destino da pluma de gás emitida pela queimada. Verificou-se que o CO pode afetar a qualidade do ar
local ao assumir altas concentrações a poucos quilômetros da fonte de emissão (cerca de 3000 ppbv). Porém, com
a dispersão do gás promovida pelo vento, é possível ver concentrações próximas a 800 ppbv, pelo menos a 100
km da fonte de emissão.
Palavras-chave: queimadas, cana-de-açúcar, modelagem atmosférica, poluição atmosférica, sensoriamento
remoto.
___________________________________________________________________________
124
MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JUNIOR, R. S.; COSTA, S. S.; MEDINA, B. L.: Estudo
da Dispersão de Monóxido de Carbono emitido por queimadas na Amazônia Legal em 19
Agosto de 2010, baseado em: simulações do modelo WRF-CHEM e Sensoriamento Remoto.
In: Simpósio Internacional de Climatologia, Florianópolis, 2013.
___________________________________________________________________________
ESTUDO DA DISPERSÃO DE MONÓXIDO DE CARBONO EMITIDO POR
QUEIMADAS NA AMAZÔNIA LEGAL EM 19 AGOSTO DE 2010 BASEADO EM:
SIMULAÇÕES DO MODELO WRF-CHEM E SENSORIAMENTO REMOTO.
Resumo: A Região Amazônica, apresenta um ecossistema tropical único que ainda preserva
grande parte de sua floresta nativa, no entanto, vem sofrendo extensivas mudanças devido à
constante presença de queimadas nessa região. O módulo químico do modelo atmosférico WRF
(WRF/CHEM – Weather Reaserch Forecasting/CHEMistry), possibilitou a análise da
concentração e dispersão do gás traço Monóxido de Carbono (CO), oriundos dos focos de
queimadas detectadas operacionalmente no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE),
pelos sensores AVHRR dos satélites polares NOAA-15, NOAA-16, NOAA-17, NOAA-18 e
NOAA-19; as imagens do sensor MODIS nos satélites polares da NASA: TERRA e AQUA;
e as imagens dos satélites geoestacionários GOES- 12 e MSG-2, no dia 19 de Agosto de
2010. Para avaliar a dispersão foi utilizada a direção e a velocidade do vento a 10 metros de
altura, no sentido de estimar o destino da pluma de gás emitida pela queimada, é ainda feita
uma análisedo transporte do gás traço na coluna atmosférica através de sensoriamento remoto
com informações do instrumento AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) a bordo do satélite
AQUA. Verificou-se que o CO pode afetar a qualidade do ar local ao assumir altas
concentrações a poucos quilômetros da fonte de emissão (aproximadamente 2000 ppbv), porém
com a dispersão do gás em função do vento, é possível ver concentrações próximas a 500 ppbv
a pelo menos a 300 km da fonte de emissão, sendo poluente transportado a outro países da
América do sul.
Palavras-chave: Queimadas, Região Amazônica, Modelagem Atmosférica, Poluição
Atmosférica, Sensoriamento Remoto.
___________________________________________________________________________
125
MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JÚNIOR, R. S.; DORNELLES, J. R., GERMANO, A.
S., MELO, A. L. B., NASCIMENTO, G. C. Efeitos das queimadas de cana-de-açúcar na saúde
respiratória do município de Coruripe, Alagoas. Artigo submetido ao livro Atmosfera e
Sociedade. 2013.
___________________________________________________________________________
Efeitos das queimadas de cana-de-açúcar na saúde respiratória do
município de Coruripe
¹Ricardo Antonio Mollmann Junior;
²Rosiberto Salustiano da Silva Júnior;
³Jefferson Rodrigues Dornelles;
4
Alaerte da Silva Germano;
4
Arthur Lucas Bernardo Melo;
4
Giuliano Carlos do Nascimento;
¹mestrando em Meteorologia ICAT/UFAL; 2Prof. Dr. ICAT/UFAL;
³Fisioterapeuta, com especialização em fisioterapia cardiorrespiratória;
4
graduando em Meteorologia - ICAT/UFAL
___________________________________________________________________________
126
MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JÚNIOR, R. S. (2013). Análise da dispersão de
monóxido de carbono (CO) emitido em um dia de queima de cana-de-açúcar no estado de
Alagoas. In. Workshop internacional de Micrometeorologia de Santa Maria 2013.
___________________________________________________________________________
Análise da dispersão de monóxido de carbono (CO) emitido em um dia de queima de
cana-de-açúcar no estado de Alagoas
Ricardo Antonio Mollmann Junior¹, Rosiberto Salustiano da Silva Junior².
¹ meteorologista, mestrando em Meteorologia – Universidade Federal de Alagoas – Brasil. Email: mollmann_r@hotmail.com; 2 Prof. Dr. depto. de Meteorologia - Instituto de Ciências
Atmosféricas - Universidade Federal de Alagoas.
RESUMO
O estado de Alagoas é um dos maiores produtores de cana-de-açúcar no Brasil e faz uso da
prática das queimadas para auxiliar na colheita da cana-de-açúcar. Com a utilização do modelo
atmosférico WRF/CHEM foram apresentadas análises da concentração e dispersão do gás traço
monóxido de carbono (CO), oriundo de focos de queimadas detectados operacionalmente no
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), pelo sensor presente no satélite AQUA da
NASA, durante o dia 01 de novembro de 2011. Para avaliar a dispersão foi utilizada a direção
e a velocidade do vento a 10 metros de altura, no sentido de estimar o destino da pluma de gás
emitida pela queimada. Verificou-se que o CO pode afetar a qualidade do ar local ao assumir
altas concentrações a poucos quilômetros da fonte de emissão (cerca de 3000 ppbv). Porém,
com a dispersão do gás promovida pelo vento, é possível ver concentrações próximas a 800
ppbv, pelo menos a 100 km da fonte de emissão.
___________________________________________________________________________
127
MOLLMANN JUNIOR, R. A.; SILVA JÚNIOR, R. S.; COSTA, S. M. S.; MEDINA. B. L.
Estudo da dispersão de monóxido de carbono emitido por queimadas na Amazônia legal em 19
agosto de 2010 baseado em: simulações do modelo WRF-CHEM e Sensoriamento Remoto.
Ciência e Natura, 2013.
___________________________________________________________________________
Estudo da dispersão de monóxido de carbono emitido por queimadas na Amazônia legal
em 19 agosto de 2010 baseado em: simulações do modelo WRF-CHEM e Sensoriamento
Remoto.
STUDY OF DISPERSION OF CARBON MONOXIDE EMITTED BY BIOMASS
BURNING IN THE AMAZON ON AUGUST 19, 2010 BASED ON WRF-CHEM
SIMULATION AND REMOTE SENSING.
R. A. Mollmann Junior (1), R. S. da Silva Júnior (1), S. M.S. da Costa(2), B. L. Medina(2)
1
Instituto de Ciências Atmosféricas, Universidade Federal de Alagoas Maceió, Brasil, 2 Divisão
de Satélites e Sistemas Ambientais, Instituto Nacional de Ciências Atmosféricas, Cachoeira
Paulista, Brasil
Resumo: A Região Amazônica, apresenta um ecossistema tropical único que ainda preserva grande parte de sua
floresta nativa, no entanto, vem sofrendo extensivas mudanças devido à constante presença de queimadas nessa
região.
O módulo químico do modelo atmosférico WRF (WRF/CHEM – Weather Reaserch
Forecasting/CHEMistry), possibilitou a análise da concentração e dispersão do gás traço Monóxido de Carbono
(CO), oriundos dos focos de queimadas detectadas operacionalmente no Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais(INPE), pelos sensores AVHRR dos satélites polares NOAA-15, NOAA-16, NOAA-17, NOAA-18 e
NOAA-19; as imagens do sensor MODIS nos satélites polares da NASA: TERRA e AQUA; e as imagens
dos satélites geoestacionários GOES- 12 e MSG-2, no dia 19 de Agosto de 2010. Para avaliar a dispersão foi
utilizada a direção e a velocidade do vento a 10 metros de altura, no sentido de estimar o destino da pluma de gás
emitida pela queimada, é ainda feita uma análise do transporte do gás traço na coluna atmosférica através de
sensoriamento remoto com informações do instrumento AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) a bordo do satélite
AQUA. Verificou-se que o CO pode afetar a qualidade do ar local ao assumir altas concentrações a poucos
quilômetros da fonte de emissão (aproximadamente 2000 ppbv), porém com a dispersão do gás em função do
vento, é possível ver concentrações próximas à 500 ppbv a pelo menos a 300 km da fonte de emissão, com o
poluente sendo transportado a outro países da América do sul.
Palavras-chave: Queimadas, Região Amazônica, Modelagem Atmosférica, Poluição Atmosférica, Sensoriamento
Remoto.
___________________________________________________________________________
128