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E3-3.3T088

 

X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA

 

Análise do Comportamento Médio da Concentração de Material Particulado Inalável em Função do Vento na cidade

de juiz de fora – MG

 

 

Cristiane Campos Toledo – UFJF – cristianegeo@yahoo.com.br

Fillipe Tamiozzo Pereira Torres – UFJF – ftamiozzo@hotmail.com

Luiz Alberto Martins – UFJF – lalberto@artnet.com.br

 

 

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

INSTITUTO DE CIÊNCIAS HUMANAS E DE LETRAS

DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS

 

 

Palavras-chave: Climatologia Geográfica – poluição – qualidade do ar

Eixo: Aplicação da Geografia Física à Pesquisa

Sub-eixo: Aplicações temáticas em estudos de casos

 

INTRODUÇÃO

 

A qualidade do ar da cidade não depende somente da quantidade de poluentes lançados pelas fontes emissoras, mas também da forma como a atmosfera age no sentido de concentrá-los ou dispersá-los. Por entender-se que o controle dos processos climáticos organiza-se dos níveis escalares superiores para os inferiores, assume-se que os fenômenos de dispersão e remoção dos poluentes sejam comandados pelas feições regionais da atmosfera (estado, velocidade e direção dos ventos e precipitação), pelos aspectos locais do clima urbano (ilhas de calor e circulação de ar) em consonância com as características da superfície urbana (topografia natural e edificada interferindo no campo de vento; ruas e prédios, usos do solo).

O crescimento de Juiz de Fora, como visto no anexo 1 com a evolução urbana da cidade, tem despertado estudos para as modificações na qualidade ambiental, dentre as quais as mudanças no clima local,  mesoclimas, topoclimas e microclimas inseridos na cidade. O grande aumento demográfico e a concentração das atividades comercial, financeira, institucional e industrial, além de outras, têm gerado uma valorização do espaço urbano, que contribui para o crescimento e o adensamento horizontal e vertical das áreas edificadas. A diversidade das funções leva à divisão da cidade em áreas residenciais, comerciais e industriais, dentre outras. Este fato causa deslocamentos diários, do tipo ida e volta da residência para o trabalho. Estes deslocamentos provocam consumo de energia e liberação de calor e poluentes para a atmosfera mais próxima – a atmosfera urbana – que envolve a cidade e espaços rurais a sotavento, gerando o clima urbano.

É acima da área urbana que ocorre a maior modificação do ar e do clima local, visto que se combinam as grandes alterações do uso do solo e da rugosidade urbanas,  associadas à emissão de poluentes.

Alguns poluentes, principalmente os nitratos, atuam como núcleos de condensação. A umidade aumenta devido à evaporação e aos processos industriais e veículos automotores, que emitem grandes quantidades de vapor d’água. Conseqüentemente a nebulosidade se eleva. Aumenta também a freqüência e intensidade de nevoeiros, os quais, associados às partículas e à fumaça, reduzem a visibilidade na área urbana.

A abundância de núcleos de condensação provenientes da poluição e o acréscimo de vapor d’água influem também, no aumento das precipitações sobre o espaço urbano ou em suas redondezas. Aumentam esta tendência, a convecção térmica provocada pela ilha de calor e a turbulência mecânica oriunda do atrito dos fluxos de ar com a rugosidade urbana.

De modo geral, os poluentes urbanos tendem a se concentrar na área central devido às células convectivas geradas pela ilha de calor (figura 2).

 

 

Figura 2: Células locais de circulação criadas pela ilha de calor na cidade

 

 

 

 

Figura 3: Efeito obstáculo das edificações sobre o fluxo de ar

Influenciando a deposição de partículas.

 

Um vento soprando em direção a uma área edificada (figura 3) pode agravar a situação da dispersão. Deparando-se com uma situação dessa, à barlavento dos edifícios, há uma formação de baixa pressão que acaba sugando os poluentes para essa depressão em forma de redemoinhos. Os redemoinhos ainda causam um agravante, eles elevam, e fazem ressurgir o material particulado do solo que se associa aos poluentes  já suspensos.

A dispersão e a concentração na atmosfera de um poluente, depende em primeiro lugar, das condições meteorológicas e depois dos parâmetros e condições em que se produz essa emissão na fonte, ou seja, velocidade e temperatura dos gases, vazão, etc.

As condições meteorológicas são o fator fundamental na dispersão dos poluentes atmosféricos, podendo-se dizer que existem duas componentes principais:

Ø                  componente vertical, comandada pela turbulência gerada pelo gradiente vertical da temperatura ou Gradiente Térmico entre as camadas da baixa atmosfera;

Ø                  componente horizontal, em que o vento é o principal agente tanto no transporte como na mistura.

O vento é o primeiro mecanismo atmosférico de transporte. Os ventos na Terra são resultados das diferenças de pressão devidos ao aquecimento ou resfriamento da atmosfera. Na escala local, áreas urbanas, industriais e rurais geram campos térmicos diferenciados que definem o comportamento atmosférico local, o mesmo é uma grandeza vetorial e como tal apresenta 3 componentes (x, y, z) sendo que a sua resultante determina a direção do vento em cada instante. A componente vertical do vento (z) é responsável pela turbulência enquanto que as outras componentes determinam essencialmente o transporte e a diluição do material particulado.

 A velocidade do vento aumenta de acordo com a altura, afetando de uma maneira mais direta a massa de poluentes emitidos pelas chaminés de grande altura, principalmente no momento inicial da mistura dos gases de saída com a camada atmosférica. Em condições de grande estabilidade da atmosfera, o transporte do material em altura pode ser feita a longas distâncias e levar a situações de concentrações de poluentes ao nível do solo em locais onde não há fontes poluidoras próximas, explicando como visto mais a frente, a maior concentração do material particulado na área central da cidade (Estação Manoel Honório) afetando mais este local do que as regiões adjacentes aos DI I e II , como  por exemplo a região de Nova Era. Apesar, é claro, das emissões oriundas do tráfego de veículos no centro da cidade, serem grandes responsáveis também pela qualidade do ar local.

Os processos atmosféricos e a circulação, associados aos grandes centros de ação, determinam e afetam o estado do tempo sobre o globo. Aos centros de altas pressões denominados de anticiclones, estão associadas condições de tempo caracterizadas por grande estabilidade com pouca mistura vertical e portanto fraca dispersão dos poluentes. Aos centros de baixa pressão, ou ciclones, associam-se condições de instabilidade e de grande turbulência favorecendo a dispersão dos poluentes.

Estas situações à escala sinótica, que influenciam as condições de turbulência e de estabilidade da atmosfera, têm por vezes durações mais ou menos prolongadas podendo, nas condições desfavoráveis à dispersão, levar a episódios de poluição aguda.

 

Justificativa

 

A qualidade do ar é um dos aspectos que determinam a qualidade ambiental em cidades de grande porte onde a população está sendo submetida a quantidades cada vez maiores de poluição. A busca pela qualidade de vida explica a nova tendência do processo de migração brasileira, em que a população das grandes cidades vêm migrando para as cidades de médio porte, como Juiz de Fora.

RIBEIRO (1998), destaca a poluição atmosférica, como sendo uma das poluições urbanas que influencia diretamente na qualidade de vida da população, além de destacar a conseqüência do convívio com esta poluição para a saúde das pessoas. Doenças respiratórias estão entre os principais efeitos sobre a saúde, causados pela poluição do ar. As principais fontes poluidoras são a frota de veículos urbanos, que usa óleo diesel, gasolina e álcool, e as atividades industriais que usam o óleo combustível.

DREW (1983), afirma que A queima de combustíveis fosseis e o desmatamento aumentaram a concentração de Dióxido de carbono atmosférico de cerca de 0,027% há cem anos para que cerca de 0,033% nos dias de hoje. Prevê-se que o nível passará para 0,044% no ano 2000 e para 0,06 em 2050, a perdurar a taxa atual de uso de combustíveis fosseis.

De acordo com os autores acima existe uma tendência de aumento de concentração de poluentes, principalmente na atmosfera urbana, justificando a importância do conhecimento das taxas de poluição nos centros urbanos. Torna-se também imprescindível, o conhecimento da atuação dos fatores meteorológicos, principalmente a direção e velocidade do vento, para se conhecer a qualidade do ar na cidade de juiz de Fora.

Para determinarmos a concentração de um poluente na atmosfera, medimos o grau de exposição dos receptores como resultado final do processo de lançamento do mesmo na atmosfera por suas fontes de emissão e suas interações atmosféricas, físicas (diluição) e químicas (reações químicas), como podemos observar  no esquema a seguir:

 

 

Com isso, podemos afirmar que mesmo mantidas as fontes de emissão, a qualidade do ar pode mudar em função das condições meteorológicas, determinando uma maior ou menor diluição dos poluentes. Por isso observamos que no inverno a qualidade do ar piora com relação aos parâmetros CO, MP, e SO2, já que as condições meteorológicas, nesta estação, são mais desfavoráveis à dispersão dos poluentes.  A interação entre as condições atmosféricas e as fontes de poluição  é que vai definir o nível de qualidade do ar, que por sua vez determina o surgimento de efeitos adversos da poluição do ar sobre os receptores.

A determinação sistemática da qualidade do ar deve ser, por questões de ordem prática, definida em função de sua importância e dos recursos disponíveis. Com isso, neste trabalho, nos propomos a fazer uma análise levando em consideração o material particulado inalável.

Os poluentes atmosféricos conhecidos como “material particulado” não constituem uma espécie química definida, e sim um conjunto de partículas no estado sólido ou líquido com diâmetro menor que 100mm que incluem pós, poeiras, fumaças e aerossóis emitidos para atmosfera de diversas maneiras.

Para determinarmos sua concentração no ar foram escolhidos os seguintes parâmetros de acordo com a CETESB/FEAM – MG:

 

POEIRA TOTAL EM SUSPENSÃO (PTS)

Diâmetro menor que 100mm

MATERIAL PARTICULADO INALÁVEL (PM – 10)

Diâmetro menor que 10mm

 

Os efeitos dessas partículas podem variar muito em função de sua natureza química e de suas dimensões. Partículas grossas (>10mm) são retidas nas vias superiores do aparelho respiratório enquanto que as partículas menores podem atingir os alvéolos pulmonares. Algumas podem ainda se acumular nos pulmões, ocasionando doenças pulmonares causadas pela inalação de poeiras (pneumoconiose). 

 

Objetivo

 

O objetivo deste trabalho consiste em estabelecer relações entre a concentração do Material Inalável (MP 10) e os fatores meteorológicos da cidade de Juiz de Fora MG.

De acordo com a relação preexistente entre a atuação do vento e a concentração ou dispersão dos poluentes, nos propomos a analisar a velocidade e direção do vento concomitantemente a análise do grau de concentração dos poluentes sobre o sítio urbano.

 

METODOLOGIA

 

Os equipamentos de medição automática de partículas inaláveis (MP10) das Estações de Manoel Honório e Nova Era possuem um sistema de transmissão de dados, via modem, que permite o envio de dados full time para o LabCAA. Além disso, registram e imprimem resultados das amostras em intervalo de meia hora, para o Banco de Dados.

O método empregado para medição da concentração de material particulado inalável (MP10) é o da Radiação Beta, através do monitor beta tanto na Estação Manoel Honório, quanto na Estação Nova Era. Trata-se do Monitor Beta Modelo FH62C14 (Andersen Instruments Incorpoated).

A rede é integrada por duas estações de medição constituídas por containers climatizados onde estão instalados monitores capazes de realizar a amostragem e a análise da concentração do material coletados no ar de forma contínua e automática. Em uma delas existe uma estação meteorológica automática. Assim, o sistema permite, além do acesso às informações em tempo real, o registro diário, semanal, mensal e anual dos dados de concentração de MP-10 e dos parâmetros meteorológicos devidamente processados em forma de gráficos e tabelas sendo os resultados transmitidos por rede telefônica à central de aquisição/processamento localizados no Laboratório de Climatologia e Análise Ambiental.

A direção e velocidade dos ventos são coletadas por uma estação automática localizada em conjunto com o Monitor Beta na Estação Manoel Honório. Trata-se da Estação Meteorológica Automática da Met One Instruments, Inc.

Por questões de ordem prática, neste trabalho só será utilizado dados da Estação Manoel Honório, já que os dados obtidos pela mesma se tornam mais interessantes, quanto a maior concentração de MP – 10, bem como seu com os dados meteorológicos.

Foram analisadas séries temporais durante o período de 26 de junho à 21 de setembro de 2001, com isto tentou-se retratar o período mais crítico quanto a qualidade do ar, que é o inverno. Definiu-se também, os ventos predominantes em cada dia  agrupando-os de acordo com os pontos cardeais e colaterais, estabelecendo a direção predominante e a velocidade do vento para cada dia da série. Foram então calculadas as médias de concentração de material particulado para cada dia. Com isto foram analisadas as relações de concentração de material particulado com a direção e velocidade do vento. Foram também analisados o horário de pico da concentração no 10º e 11º dia do período estudado, por apresentarem concentrações mais elevadas. 

 

RESULTADOS PRELIMINARES

 

Os resultados obtidos até agora apontam para uma maior concentração de MP-10 no centro da cidade o que é justificado pelo maior contingente veicular na região, como podemos observar no gráfico a seguir:

 

 

A seqüência denominada de Manoel Honório trata-se de uma estação de medição de MP 10 localizada no centro da cidade, enquanto que a Nova Era situa-se em um local mais afastado no bairro de mesmo nome.

Com relação à direção e velocidade do vento, concluímos que há um aumento significativo na concentração do material particulado inalável, quando o mesmo é de baixa velocidade e do quadrante Norte, sobretudo de direção Noroeste, como podemos observar nas tabelas a seguir:

 

Tabela 1: velocidade, direção e concentração de MP 10 nos dias da série

DIAS

WS

WD

MP

DIAS

WS

WD

MP

1,04

N

82

46º

1,01

W

79

1,04

NW

57

47º

1,01

SE

44

2,01

S

35

48º

1,01

SW

49

1

NW

56

49º

1,01

E

27

1,01

NW

62

50º

1

N

47

1,01

NW

65

51º

1,01

N

44

1,02

NW

76

52º

1,02

NE

30

1,01

N

81

53º

1,01

NE

39

1,02

N

92

54º

1,02

E

68

10º

1,02

NW

130

55º

1,02

E

24

11º

1,01

N

130

56º

1,01

N

62

12º

1

N

83

57º

1,01

N

65

13º

1,02

N

68

58º

1,03

NE

59

14º

1,01

NW

73

59º

1,02

N

59

15º

1,01

N

74

60º

1,03

N

48

16º

1,05

N

76

61º

1,01

N

62

17º

2

SW

53

62º

1,02

N

52

18º

2,04

SW

38

63º

1,02

N

85

19º

1,01

N

45

64º

1,01

NE

59

20º

1,02

N

49

65º

1,03

NE

34

21º

1,02

N

64

66º

1,02

N

55

22º

1,03

N

74

67º

1,03

N

51

23º

1,04

N

77

68º

1,01

N

58

24º

1,05

N

66

69º

1,03

N

46

25º

1,04

N

69

70º

1,04

N

59

26º

1,03

N

82

71º

1,02

N

80

27º

2,03

SW

51

72º

2,01

SW

77

28º

1,08

S

98

73º

2,05

S

51

29º

0,09

NE

44

74º

2,02

S

21

30º

1,02

N

44

75º

1,03

NW

48

31º

1,03

N

49

76º

1,04

W

54

32º

1,04

N

57

77º

1,02

NW

73

33º

3

SW

22

78º

2,07

SW

68

34º

1,09

S

20

79º

2,03

S

34

35º

0,09

E

26

80º

1,03

NE

42

36º

1

N

47

81º

1,03

N

60

37º

0,09

NW

81

82º

1,05

N

49

38º

1,01

N

83

83º

1,06

S

36

39º

0,09

NE

42

84º

3,05

SW

30

40º

1

N

60

85º

1,05

S

27

41º

1

NW

61

86º

1,05

E

21

42º

0,09

N

56

87º

1,02

E

15

43º

1,01

N

64

88º

1,02

E

30

44º

1,01

N

79

89º

1,02

E

15

45º

1,01

N

72

 

 

 

 

 

Tabela 2: dados agrupados em ordem crescente de acordo com a concentração de MP - 10

DIAS

WS

WD

MP

DIAS

WS

WD

MP

87º

1,02

E

15

32º

1,04

N

57

89º

1,02

E

15

68º

1,01

N

58

34º

1,09

S

20

58º

1,03

NE

59

74º

2,02

S

21

59º

1,02

N

59

86º

1,05

E

21

64º

1,01

NE

59

33º

3

SW

22

70º

1,04

N

59

55º

1,02

E

24

40º

1

N

60

35º

0,09

E

26

81º

1,03

N

60

49º

1,01

E

27

41º

1

NW

61

85º

1,05

S

27

1,01

NW

62

52º

1,02

NE

30

56º

1,01

N

62

84º

3,05

SW

30

61º

1,01

N

62

88º

1,02

E

30

21º

1,02

N

64

65º

1,03

NE

34

43º

1,01

N

64

79º

2,03

S

34

1,01

NW

65

2,01

S

35

57º

1,01

N

65

83º

1,06

S

36

24º

1,05

N

66

18º

2,04

SW

38

13º

1,02

N

68

53º

1,01

NE

39

54º

1,02

E

68

39º

0,09

NE

42

78º

2,07

SW

68

80º

1,03

NE

42

25º

1,04

N

69

29º

0,09

NE

44

45º

1,01

N

72

30º

1,02

N

44

14º

1,01

NW

73

47º

1,01

SE

44

77º

1,02

NW

73

51º

1,01

N

44

15º

1,01

N

74

19º

1,01

N

45

22º

1,03

N

74

69º

1,03

N

46

1,02

NW

76

36º

1

N

47

16º

1,05

N

76

50º

1

N

47

23º

1,04

N

77

60º

1,03

N

48

72º

2,01

SW

77

75º

1,03

NW

48

44º

1,01

N

79

20º

1,02

N

49

46º

1,01

W

79

31º

1,03

N

49

71º

1,02

N

80

48º

1,01

SW

49

1,01

N

81

82º

1,05

N

49

37º

0,09

NW

81

27º

2,03

SW

51

1,04

N

82

67º

1,03

N

51

26º

1,03

N

82

73º

2,05

S

51

12º

1

N

83

62º

1,02

N

52

38º

1,01

N

83

17º

2

SW

53

63º

1,02

N

85

76º

1,04

W

54

1,02

N

92

66º

1,02

N

55

28º

1,08

S

98

1

NW

56

10º

1,02

NW

130

42º

0,09

N

56

11º

1,01

N

130

1,04

NW

57

 

 

 

 

 

Na tabela 1 os dados foram divididos nos 89 dias da série com os respectivos valores médios de velocidade WS e direção WD dos ventos, bem como o de concentração do material particulado inalável MP.

A partir dos dados da tabela 1, foi feita a tabela 2 classificando os mesmos de acordo com a ordem crescente de concentração  de MP 10, concluindo que nos dias de maior concentração a direção do vento era predominantemente do quadrante Norte, com alguns casos, como no 28º dia, aonde a concentração, apesar de alta (98 m g/m3) a direção do vento era Sul, devido à passagem de uma frente fria. Nessa situação é comum a ocorrência de inversão térmica, freqüentemente observada na época do ano estudada, elevando a concentração dos poluentes.

Os dados apresentados também indicam que existe uma relação entre a concentração de MP 10 com a velocidade do vento, concluindo que quanto menor for a mesma, menor é a concentração, mantidas as mesmas condições de direção do mesmo.

Conforme os gráficos, observamos que os horários de pico da concentração de poluentes coincidem com os horários de maior tráfego de veículos, justamente nos horários de deslocamento no início e final do expediente comercial. Quanto a direção dos ventos, as concentrações são mais baixas na situação de ventos de quadrante Sul (90º à 270º), por outro lado, quando a direção do vento varia no quadrante Norte (0º à 90º e 270º à 360º) as concentrações são mais elevadas.

 

 

BIBLIOGRAFIA

 

-AMORIM, M. C. de C. T. O Clima Urbano de Presidente Prudente – SP374 p. Tese (Doutorado em Geografia) – Faculdade de Filosofia Letras e Ciências Humanas – Universidade de São Paulo, 2000.

 

-BRANDÃO, A. M. de P. M. Tendências e Oscilações Climáticas na Área Metropolitana do Rio de Janeiro. Dissertação (Mestrado em Geografia – 2v) – FFCLH – Universidade de São Paulo, 1987, 196p.

 

-CUADRAT, J. M., PITA, M. F. Climatologia. 2. ed. Madrid: Cátedra: 2000. 496p.

 

-MARTINS, L. A. A Temperatura do Ar em Juiz de Fora – MG : Influência do Sítio e da Estrutura Urbana. Dissertação (Mestrado em Geografia) – Departamento de Geografia, Instituto de Geociências e Ciências Exatas/UNESP – Rio Claro, 1996, 168p.

 

-TORRES, F.T.P. & MARTINS, L.A. A Qualidade do Ar em Juiz de Fora – MG. In: 4º Congresso Internacional Sobre Planejamento e Gestão Ambiental em Municípios – Florianópolis, Anais... Rio de Janeiro: Instituto Ambiental Biosfera, 2002, v. único p. 87-88.

 

-CETESB. Clima e Poluição do Ar no Estado de São Paulo, 2001.

 

-TORRES, F.T.P. & MARTINS, L.A. A Influência de Fatores Antrópicos e Meteorológicos na Qualidade do Ar em Juiz de Fora – MG. In: III Congresso Interamericano de Qualidade do Ar – Canoas - RS, Anais... Porto Alegre: Associação Interamericana de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2003, cd-rom.

 

-TORRES, F.T.P. & MARTINS, L.A. Monitoramento da Qualidade do Ar em Juiz de Fora – MG. In: III Congresso Interamericano de Qualidade do Ar – Canoas - RS, Anais... Porto Alegre: Associação Interamericana de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2003, cd-rom.

 

-DREW, D. Processos Interativos  Homem – Meio Ambiente. São Paulo: Difel, 1986

 

-RIBEIRO, M. A. Ecologizar: Pensando o Ambiente Humano. Belo Horizonte: Rona, 1998.