Estudo do transporte atmosférico de MP10 e SO2 com os modelos WRF/CMAQ em regiões costeiras urbanas

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dc.contributor.advisor1Reis Junior, Neyval Costa
dc.contributor.advisor2Albuquerque, Taciana Toledo de Almeida
dc.contributor.authorLoriato, Ayres Geraldo
dc.contributor.referee1Santos, Jane Meri
dc.contributor.referee2Moreira, Davidson Martins
dc.contributor.referee3Landulfo, Eduardo
dc.contributor.referee4Pimentel, Luiz Claudio Gomes
dc.date.accessioned2016-03-09T16:00:59Z
dc.date.available2016-06-24T06:00:08Z
dc.date.issued2015-01-01
dc.date.submitted2015-06-29
dc.description.abstractThis work's main objective is to study atmospheric transportation of MP10 and SO2 in urban coastal areas using WRF/CMAQ modeling. Two main areas were chosen for this purpose. One is Great Vitória Area (GVA), in Espírito Santo State, Brasil; the other is Great Dunkerque Area (GDA), in Nord Pas-de-Calais, France. GVA is surrounded by a mountain range parallel to the coast, which makes its topography complex and rugged. On the other hand, GDA's topography is much smoother. Modeling inputs encompassed IEMA-ES' inventory of atmospheric pollutants emissions for GVA, and Nord Pas-de-Calais' inventory of ground level emissions named " Cadastre_totaux_3km_A2008 _M2010_V2_SNAPN2" for GDA. Both inventories showed restrictions, however. GVA's showed high traffic lanes resuspension in comparison with several studies, so those data were altered. Ground level data and large grid area (9 km2) of GDA inventory didn't allow for satisfying modeling results. Modeled results were validated by comparing them with two experimental campaigns: one performed in the city of Dunkerque, North of France, on September 2009; the other in Vitória, Southeast of Brazil, on July 2012. Experimental data were obtained through the use of Light Detection and Ranging (LIDAR), Sonic Detection and Ranging (SODAR), Surface Meteorological Stations (SMS) and atmospheric monitoring stations. Results of this work showed that: a) there is a need for continuous improvement on regional inventories of emissions, adapting them to specific local characteristics and focusing on obtaining parameters required for photochemical modeling; b) the direction and magnitude of velocity vectors obtained from meteorological modeling have a high impact on pollutant concentrations modeling; c) air quality in both GVA and GDA deserve attention, especially regarding MP10 concentrations. Based on monitoring stations data, the situation seems more critical in GDA; d) modeling in GVA was better than in GDA according to validation results; e) sea breeze inflow caused significant alteration on pollutants concentration, which was observed analyzing MP10 and SO2 dispersion dynamics. This phenomenon was more distinctive in GVA, where the sea breeze caused an oscillatory motion on the pollution plume, moving it to the urban agglomeration most densely populated neighborhoods. In GDA, sea breeze inflow wasn`t a daily phenomenon, and on the day when it occurred there was a change of almost 180º in the pollution plume direction of movement. In addition to vertical turbulence increase, which has already been studied by many authors, this study also focus on influence of sea-breeze of plume dynamics effects on dispersing atmospheric pollutants in coastal areas.eng
dc.description.abstractLe but principal de ce travail a été l‟étude du transport atmosphérique de PM10 et SO2 sur des régions côtières urbaines utilisant des modèles WRF/CMAQ. Deux régions ont été choisies dans cette étude: l‟une, c‟est la Région de la Grande Vitória (RGV), état de l‟Espírito Santo – Brésil; l‟autre, c‟est la Région de la Grande Dunkerque (RGD) dans le Département Nord Pas-de-Calais, France. La RGV est entourée d‟une chaîne de montagnes parallèle à la côte, ce qui produit, comme résultat, une topographie complexe et accidentée, alors que la RGD exhibe une topographie bien plus plate. Les entrées de données pour les modèles WRF/CMAQ ont englobé l‟inventaire d‟émissions de polluants atmosphériques du IEMA-ES pour la RGV et l‟inventaire d‟émissions au niveau du sol de Nord Pas-de-Calais dénommé “Cadastre_ totaux_ _3km_ A2008_M2010_SNAPN2” pour la RGD. Cependant, les deux inventaires ont présenté des restrictions. L‟inventaire de la RGV a présenté des valeurs élevées de re-suspension sur des voies de circulation par comparaison à plusieurs études et a eu ces données modifiées. Les données au niveau du sol et la grande surface des cellules de la grille (9 km2 ) de l‟inventaire de la RGD n‟ont pas permis de résultats satisfaisants de modelage. La validation des modèles a été réalisée par comparaison avec des résultats obtenus en deux campagnes expérimentales: l‟une, dans la ville de Dunkerque, au nord de la France, en septembre 2009; l‟autre, dans la ville de Vitória, sud-est du Brésil, en juillet 2012. Ces données ont été obtenues par l‟intermédiaire de systèmes de Light Detection and Ranging (LIDAR) et Sonic Detection and Ranging (SODAR), ainsi que de Stations Météorologiques de Surface (EMS) et de contrôle atmosphérique. Les résultats de ce travail ont montré que: a) il faut des améliorations continues dans les inventaires régionaux d‟émissions, surtout en les adaptant aux conditions locales spécifiques. Il faut avoir, comme cible, l‟obtention de paramètres nécessaires au modelage photochimique; b) les valeurs de module et de direction des vitesses obtenues dans le modelage météorologique influencent fortement les résultats du modelage de concentration de polluants; c) la qualité de l‟air, tant dans la RGV que dans la RGD, mérite attention surtout en ce qui concerne les concentrations de MP10. D‟après les données des stations de contrôle, la situation semble plus critique sur la RGD; d) le modelage de la RGV a présenté des résultatas plus satisfaisants que celui de la RGD, selon les résultats des validations; e) l‟entrée de la brise de mer a provoqué des changements significatifs dans la concentration des polluants, ce qui a pu être observé lors de l‟analyse de la dynamique de la dispersion de MP10 et SO2. Ce phénomène a été plus marquant sur la RGV, où l‟entrée de brise maritime a engendré un mouvement d‟oscillation de la plume de pollution l‟emportant aux banlieues les plus intensément peuplées du conglomérat urbain. Sur la RGD l‟entrée de la brise de mer n‟a pas été quotidienne et, le jour où elle a eu lieu, il y a eu une modification de presque 180º en direction de la plume de pollution. Outre l‟augmentation de la turbulence verticale, ce qui a déjà été étudié par plusieurs auteurs, la présente étude a mis en relief l‟influence de la brise de mer dans la dynamique de la plume de dispersion de polluants atmosphérique dans des régions côtières.fre
dc.description.resumoO objetivo principal deste trabalho foi o estudo do transporte atmosférico de PM10 e SO2 em regiões costeiras urbanas usando modelos WRF/CMAQ. Duas regiões foram contempladas neste estudo. Uma é a Região da Grande Vitória (RGV), no estado do Espírito Santo, Brasil; a outra é a Região da Grande Dunkerque (RGD), no Departamento Nord Pas-de-Calais, França. A RGV é cercada por uma cadeia de montanhas paralela à costa, resultando num topografia complexa e acidentada. Já a RGD possui uma topografia muito mais suave. As entradas de dados para os modelos WRF/CMAQ englobaram o inventário de emissões de poluentes atmosféricos do IEMA-ES para a RGV, e o inventário de emissões no nível do solo de Nord Pas-de-Calais denominado ―Cadastre_totaux_3km_A2008 _M2010_V2_SNAPN2‖ para a RGD. Ambos os inventários apresentaram restrições, todavia. O inventário da RGV apresentou valores de ressuspensão em vias de tráfego elevados, em comparação com diversos estudos, e teve esses dados modificados. Os dados no nível do solo e a grande área de das células da grade (9 km2) do inventário da RGD não permitiram resultados satisfatórios de modelagem. A validação dos modelos foi realizada por comparação com resultados obtidos em duas campanhas experimentais: uma na cidade de Dunkerque, no norte da França, em setembro de 2009; a outra na cidade de Vitória, no sudeste do Brasil, em julho de 2012. Esses dados foram obtidos pelo uso de sistemas de Light Detection and Ranging (LIDAR) e Sonic Detection and Ranging (SODAR), bem como de Estações Meteorológicas de Superfície (EMS) e de monitoramento atmosférico. Os resultados deste trabalho mostraram que: a) existe uma necessidade de melhorias contínuas nos inventários regionais de emissões, adaptando-os para condições locais específicas e focando na obtenção de parâmetros necessários para modelagem fotoquímica; b) os valores de módulo e direção das velocidades obtidas na modelagem meteorológica influenciam fortemente os resultados da modelagem de concentração de poluentes; c) a qualidade do ar tanto na RGV quanto na RGD merece atenção, sobretudo no que diz respeito às concentrações de MP10. De acordo com os dados das estações de monitoramento, a situação parece mais crítica na RGD; d) a modelagem da RGV apresentou resultados mais satisfatórios do que a da RGD, de acordo com os resultados das validações; e) a entrada da brisa do mar provocou alterações significativas na concentração dos poluentes, o que pôde ser observado na análise da dinâmica da dispersão de MP10 e SO2. Esse fenômeno foi mais marcante na RGV, onde a entrada da brisa marítima provocou um movimento oscilatório na pluma de poluição, levando-a para os bairros mais densamente povoados do conglomerado urbano. Na RGD, a entrada da brisa não foi cotidiana e, no dia em que ela aconteceu, houve uma alteração de quase 180º na direção do movimento da pluma de poluição. Além do aumento da turbulência vertical, o qual já foi estudado por diversos autores, este estudo focou também na influência brisa do mar na dinâmica da pluma de dispersão de poluentes atmosféricos em regiões costeiras.
dc.description.sponsorshipCAPES
dc.formatText
dc.identifier.citationLORIATO, Ayres Geraldo. Estudo do transporte atmosférico de MP10 e SO2 com os modelos WRF/CMAQ em regiões costeiras urbanas. 2015. 257 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico, Vitória, 2015.
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/1722
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectPollutioneng
dc.subjectSea-breezeeng
dc.subjectInventoryeng
dc.subjectQualité de l'airfre
dc.subjectSMOKEpor
dc.subjectQualidade do arpor
dc.subjectCMAQpor
dc.subject.br-rjbnBrisa marítima
dc.subject.br-rjbnPoluição
dc.subject.br-rjbnAr - Qualidade
dc.subject.br-rjbnInventários
dc.subject.cnpqEngenharia Sanitária
dc.subject.udc628
dc.titleEstudo do transporte atmosférico de MP10 e SO2 com os modelos WRF/CMAQ em regiões costeiras urbanas
dc.typedoctoralThesis
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