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Título: Características da ilha de poluição do ar urbana na região metropolitana de São Paulo: uma abordagem combinando dados de satélite e de superfície
Título(s) alternativo(s): Characteristics of the urban air pollution island in the metropolitan area of São Paulo: an approach combining satellite and surface data
Autor(es): Camacho, Fabian Leonardo Moreno
Orientador(es): Targino, Admir Créso de Lima
Palavras-chave: Ar - Poluição
Climatologia urbana
Poluentes
Sensoriamento remoto
Air - Pollution
Urban climatology
Pollutants
Remote sensing
Data do documento: 30-Mai-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: CAMACHO, Fabian Leonardo Moreno. Características da ilha de poluição do ar urbana na região metropolitana de São Paulo: uma abordagem combinando dados de satélite e de superfície. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2022.
Resumo: O aumento populacional nas cidades gera desenvolvimento e expansão urbana, e leva ao incremento nas concentrações de poluentes atmosféricos (por exemplo, material particulado e óxidos de nitrogênio), provocando o fenômeno conhecido como Ilha de Poluição do Ar Urbana (IPU), no qual os níveis de poluição do ar são maiores nas áreas urbanas do que na periferia. Esta dissertação visou identificar a IPU com dados combinados de satélite (profundidade óptica do aerossol, AOD) e de estações de monitoramento da qualidade do ar (material particulado fino, MP2,5 e ozônio, O3), na megacidade de São Paulo e sua região metropolitana (RMSP) no ano 2019. Analisaram-se os ciclos diários e sazonais e a variabilidade espacial desses poluentes. A ocorrência da IPU foi investigada através do gradiente do AOD (ΔAOD) entre a área urbana e periférica, e dos gradientes de MP2,5 (ΔMP2,5) e O3 (ΔO3) entre estações urbanas e a estação de referência (IBIRA, Parque Ibirapuera). Os ciclos diários mostraram concentrações de MP2,5 altamente variáveis em todas as estações de monitoramento (exceto IBIRA), e concentrações de O3 máximas (mínimas) entre as 14 e 15 h (7 e 8 h). No contexto sazonal, determinou-se que entre maio–julho o MP2,5 apresentou a maior concentração média (21,5 μg m-3) e as menores concentrações de O3 (29 μg m-3) e AOD (0,10). O trimestre agosto–outubro apresentou as maiores concentrações médias de O3 (29 μg m-3) e entre novembro-janeiro os maiores valores de AOD (0,16) e menores de MP2,5 (13,9 μg m-3). Em comparação com as estações do centro urbano, as estações periféricas apresentaram as maiores concentrações médias de MP2,5 (16–20 μg m-3) e menores de O3 (34-42 μg m-3). Identificou-se que o AOD decai exponencialmente do centro da área de estudo (valor médio anual de 0,137) em direção à periferia (R = -0,99). Com relação à quantificação da IPU, o ΔMP2,5 médio variou entre -1,8 e 14 μg m-3 para os ciclos mensal, horário e dia de semana, com ΔMP2,5 positivos durante a maior parte do dia (entre as 14 e 09 h), e ΔMP2,5 mais baixos no núcleo urbano do que na periferia. Do ponto de vista do ΔO3, predominaram valores negativos (entre -0,02 e -27,4 μg m-3), ou seja, concentrações de O3 maiores na estação de referência do que na periferia. O ΔAOD mostrou maiores valores no centro urbano da RMSP (valor médio anual de 0,02). Do ponto de vista sazonal, os ΔMP2,5, ΔO3 e ΔAOD variam ao longo do ano, influenciadas pelas emissões atmosféricas e pelas variáveis meteorológicas (temperatura do ar, radiação solar, velocidade do vento e a umidade relativa), que podem diminuir ou intensificar a IPU. Em conclusão, os resultados apontam a inexistência do fenômeno da IPU para o MP2,5, mas a existência da IPU para o O3 e AOD na RMSP. Esse comportamento é atribuído às maiores concentrações de MP2,5 no limite da cidade de São Paulo, próximo às grandes avenidas e rodovias. Já para o O3, a estação de referência está afastada de fontes de poluentes primários que consomem o O3, deixando as concentrações mais altas do que na periferia.
Abstract: The urban population growth leads to urban development and expansion, causing an increase in the concentrations of atmospheric pollutants (for example, particulate matter and nitrogen oxides). This gives rise to a phenomenon coined “Urban Air Pollution Island (UPI)”, in which air pollution levels are higher in urban areas than in the periphery. This dissertation aimed to identify the UPI using combined data from satellite (Aerosol Optical Depth, AOD) and air quality monitoring stations (fine particulate matter, PM2.5 and ozone, O3), in the megacity of São Paulo and its metropolitan region (MASP) in the year 2019. The diurnal and seasonal cycles and the spatial variability of these pollutants were analyzed. The occurrence of UPI was investigated through the AOD gradient (ΔAOD) between the urban and peripheral areas, and the PM2.5 (ΔPM2.5) and O3 (ΔO3) gradients between urban stations and the reference station (IBIRA, located at Ibirapuera Park). The diurnal cycles showed highly variable PM2.5 concentrations at all monitoring stations (except for IBIRA), and maximum (minimum) O3 concentrations between 14:00 and 15:00h (7:00h and 8:00h). From the seasonal standpoint, the highest mean PM2.5 concentration (21.5 μg m-3) and the lowest O3 (29 μg m-3) and AOD (0.10) values were observed in May–July. The August–October quarter had the highest mean O3 concentrations (29 μg m-3) and between November–January, the highest AOD (0.16) and lowest PM2.5 (13.9 μg m-3) values. In comparison with the stations in the urban core, the peripheral stations had the highest mean PM2.5 (16–20 μg m-3) and the lowest mean O3 concentrations (34-42 μg m-3). The mean annual AOD value decays exponentially from the urban core (0.137) towards the periphery (R = -0.99). Regarding the UPI, the mean ΔPM2.5 ranged between -1.8 and 14 μg m-3 for the monthly, hourly and weekday cycles, with positive ΔPM2.5 during most of the day (between 14 and 9 h), and ΔPM2.5 lower in the urban core than in the periphery. From the ΔO3 standpoint, negative values prevailed (between -0.02 and -27.4 μg m-3), i.e., higher O3 concentrations at the reference site than at the periphery. The ΔAOD showed higher values in the core of the MASP, with a mean annual value of 0.02. From a seasonal standpoint, ΔPM2.5, ΔO3 and ΔAOD vary throughout the year, being influenced by atmospheric emissions and meteorological variables (air temperature, solar radiation, wind speed and relative humidity), which govern the intensity of the UPI. In closing, the UPI was observed for the AOD and O3 data, but not for PM2.5. The absence of the UPI for PM2.5 is attributed to the location of industries and high vehicular traffic on highways and ring roads on the city's outskirts. On the other hand, the reference site is relatively far from anthropogenic emission sources, with lower concentrations of O3 depleting species, yielding higher O3 concentrations than at the surrounding sites.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29530
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