meteorologia da qualidade do ar no que tange as ... - UFRJ

Figura 5.35: Evolução da variação média horária das concentrações do poluente 76ozônio (em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, entre 2000 e 2005.Figura 5.36: Evolução da variação média horária das concentrações de monóxido 77de nitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, entre 2000 e 2005.Figura 5.37: Evolução da variação média horária das concentrações de dióxido de 77nitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, entre 2000 e 2005.Figura 5.38: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio 79(em µg/m 3 ) e da razão NO 2 /NO na Estação Nova Iguaçu, de acordo com a horado dia, entre 2000 e 2005.Figura 5.39: Evolução da variação média horária das concentrações de ozônio 80(em µg/m 3 ) na Estação Belford Roxo, em 2004 e 2005.Figura 5.40: Evolução da variação média horária das concentrações de dióxido de 81nitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Belford Roxo, em 2004 e 2005.Figura 5.41: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio 82(em µg/m 3 ) e de dióxido de nitrogênio na Estação Belford Roxo, de acordo com ahora do dia, em 2004 e 2005.Figura 6.1: Rosa dos Ventos (Estação Centro). 83Figura 6.2: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Centro) 84Figura 6.3: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Centro) 85Figura 6.4: Rosa de Poluição para monóxido de nitrogênio (Estação Centro) 86Figura 6.5: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Centro) 87Figura 6.6: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com o 88lançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio(Estação Centro).Figura 6.7: Rosa dos Ventos (Estação Jacarepaguá) 89Figura 6.8: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Jacarepaguá) 90Figura 6.9: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Jacarepaguá) 91Figura 6.10: Rosa de Poluição para monóxido de nitrogênio (Estação 92Jacarepaguá)Figura 6.11: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Jacarepaguá) 93Figura 6.12: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com o 93lançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio(Estação Jacarepaguá).Figura 6.13: Rosa dos Ventos (Estação Nova Iguaçu) 94Figura 6.14: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Nova 95Iguaçu)Figura 6.15: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Nova Iguaçu) 96Figura 6.16: Rosa de Poluição para monóxido de nitrogênio (Estação Nova 97Iguaçu)Figura 6.17: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Nova Iguaçu) 98Figura 6.18: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com o 98lançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio(Estação Nova Iguaçu).Figura 6.19: Rosa dos Ventos (Estação Belford Roxo) 99x

Figura 6.20: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Belford 100Roxo)Figura 6.21: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Belford Roxo) 101Figura 6.22: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Belford Roxo) 101Figura 6.23: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com o 102lançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio(Estação Belford Roxo).Figura 7.1: Matriz de correlação considerando o banco de dados completo. 106Figura 7.2: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados.Figura 7.3: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados em detalhe. Onde: o vermelho representa a componente 1, o azul acomponente 2, o rosa a 3 e o verde o resíduo.Figura 7.4: Dendograma dos Componentes Principais nas variáveis do banco dedados completo.Figura 7.5: Matriz de Correlação considerando apenas registros referentes aoperíodo quando há incidência de radiação solar.Figura 7.6: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados considerando apenas registros referentes ao período do dia com incidênciade radiação solar.Figura 7.7: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados considerando apenas registros referentes ao período do dia com incidênciade radiação solar, em detalhe.Figura 7.8: Dendograma considerando apenas registros referentes ao período dodia com incidência de radiação solar.Figura 7.9: Perfil médio diário da temperatura do ar e da Umidade Relativa naEstação Belford Roxo.Figura 7.10: Perfil médio diário da radiação solar total e ultravioleta na EstaçãoBelford Roxo.Figura 7.11: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados considerando apenas registros referentes ao período do dia e defasagemda série de concentrações de NO 2 de 4 horas.Figura 7.12: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados considerando apenas registros referentes ao período do dia e defasagemda série de concentrações de NO 2 de 4 horas, em detalhe.Figura 7.13: Dendograma considerando apenas registros referentes ao períododo dia e defasagem da série de concentrações de NO 2 de 4 horas com incidênciade radiação solar.Figura 7.14: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados considerando apenas registros referentes ao período do dia e defasagemda série de radiação solar total e ultravioleta de 1 hora com incidência deradiação solar.Figura 7.15: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco dedados considerando apenas registros referentes ao período do dia e defasagemda série de radiação solar total e ultravioleta de 1 hora com incidência deradiação solar, em detalhe.Figura 7.16: Dendograma considerando apenas registros referentes ao períododo dia com defasagem das séries de radiação solar total e ultravioleta em 1 hora.108109110113114115116117117119120121123124125xi

1. INTRODUÇÃOAtualmente, a poluição do ar constitui um problema ambiental em diversos lugares domundo, nos quais a natureza e a extensão da degradação da qualidade do ar,impulsionada pelo desenvolvimento urbano e industrial, estão relacionadas diretamentecom as características topográficas, da tipologia das fontes de poluentes atmosféricos, daquantidade de emissão que afeta a região e das condições meteorológicas. Vale ressaltarque, apesar da poluição do ar ser um fenômeno muito antigo, somente a partir dasegunda metade do século XX, estudos a respeito deste problema passaram a serrealizados.O monitoramento dos constituintes atmosféricos começou apenas pela curiosidadecientífica. Contudo, não demorou muito para que fossem levantadas questões sobre aspossíveis conseqüências do aumento da deterioração da qualidade do ar para ahumanidade. A importância do monitoramento da qualidade do ar consiste, não só noacompanhamento sistemático da qualidade do ar na área monitorada, como também naconstituição de elementos básicos para elaboração de diagnósticos da qualidade do arque possibilitam a proposição e instituição de ações governamentais no que se refere aocontrole das emissões, objetivando a proteção e a melhoria da qualidade de vida dapopulação.Na verdade, o crescimento desenfreado dos grandes centros urbanos teve como um dosprincipais impactos a degradação da qualidade do ar e, por conseguinte, o impacto nasaúde da população e no meio ambiente em geral. Dessa forma, com o aumento dasemissões atmosféricas, principalmente, a partir da queima de combustíveis fósseis,agravada pelo processo de urbanização, passou-se a associar qualidade de vida àqualidade do ar.Na Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ), o monitoramento da qualidade do arteve início no final da década de 60, com a Rede Manual de Monitoramento da FundaçãoEstadual de Engenharia do Meio Ambiente (FEEMA), que ainda está em operação erealiza medições de partículas totais em suspensão (PTS) a cada seis dias. Porém, com ocrescimento e desenvolvimento desta região surgiu à necessidade da realização de ummonitoramento contínuo e mais abrangente no que tange a quantificação de uma maior1

gama de poluentes. Assim, a partir do final da década de 90, o Governo do Estado do Riode Janeiro, através FEEMA, adquiriu cinco estações automáticas de monitoramento daqualidade do ar, bem como ampliou a rede de amostragem manual através domonitoramento das partículas inaláveis (PI). Desde então, outros órgãos ambientaiscomo as Secretarias Municipais de Meio Ambiente do Município do Rio de Janeiro, apartir do ano 2000, e do Município de Belford Roxo, no ano de 2002, também adquirirame passaram a operar estações de monitoramento da qualidade do ar. Nos últimos anos, ainiciativa privada, em cumprimento a exigências ambientais, também passou a realizar omonitoramento da qualidade do ar em regiões como os Municípios de Duque de Caxias,Macaé e Volta Redonda.Por meio destas, passaram a ser monitoradas continuamente na RMRJ as concentraçõesde diversos poluentes como os óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, dióxido deenxofre, partículas inaláveis, hidrocarbonetos totais, hidrocarbonetos não-metano, metanoe o ozônio, objeto deste estudo.A formação deste poluente é resultado de complexas reações que ocorrem na atmosfera.Em determinadas condições meteorológicas, principalmente, sob forte incidência deradiação ultravioleta, pode ocorrer a fotólise do NO 2 , voltando a NO e liberando oxigênioatômico no estado excitado (O*), que pode reagir com o oxigênio molecular formandoentão o ozônio. Mais detalhes a respeito dos processos físico-químicos envolvidos naformação da molécula de ozônio estão apresentados no Capítulo 2. Uma síntese deresultados obtidos em diversos estudos que contemplaram uma avaliação de registrosobtidos através do monitoramento da qualidade do ar também é discutida neste capítulo.Pelo que se tem conhecimento, apenas os grandes centros urbanos no Brasil apresentamproblemas de altos índices de concentração de ozônio, e a Região Metropolitana do Riode Janeiro (RMRJ) não é uma exceção. O grande número de fontes emissoras e ocontínuo aumento dessas, seja com o crescimento industrial ou com o aumento da frotaveicular, aliado a alta incidência de radiação solar praticamente durante todo o ano, tornaa região propícia à formação deste poluente e, por isso, faz-se necessário um diagnósticodetalhado no que tange o comportamento do ozônio e de seus precursores, bem como arelação deste com os parâmetros meteorológicos. Uma caracterização desta região,2

apresentando uma avaliação da problemática da poluição do ar e da climatologia regional,será abordada no Capítulo 3.Dessa forma, o presente estudo objetiva promover o diagnóstico da qualidade do arquando do estabelecimento de relações entre as condições meteorológicas e asconcentrações de ozônio e dos óxidos de nitrogênio, um dos seus principais precursoresna Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). Além disso, também é objetivo destedar embasamento aos critérios de eventuais necessidades de redimensionamento darede de monitoramento existente. A metodologia utilizada por este estudo pode serobservada em detalhe no Capítulo 4.A análise do comportamento médio anual, mensal, de acordo com o dia da semana e ahora do dia, das concentrações de ozônio troposférico e dos óxidos de nitrogênioregistrados durante os últimos seis anos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro podeser observada no Capítulo 5.A investigação de possíveis relações entre os níveis de concentração de ozônio com ascondições meteorológicas locais também será o alvo deste estudo. Nesse sentido, foirealizada uma avaliação da influência do transporte advectivo na formação do ozônio quepode ser vista no Capítulo 6. Ainda no que diz respeito à relação entre a meteorologia e aqualidade do ar, complementando este estudo, a técnica de Data Mining também foiutilizada. Os resultados obtidos por meio desta são apresentados no Capítulo 7.As conclusões obtidas são apresentadas no Capítulo 8. Também são abordadas por este,recomendações acerca do aperfeiçoamento dos planos do monitoramento da qualidadedo ar considerando suas reais necessidades, representatividade e otimização.3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICAO smog fotoquímico é um fenômeno caracterizado pela presença de oxidantesfotoquímicos na atmosfera. Este tipo de evento pode ser observado comumente emgrande centros urbanos como São Paulo, Santiago do Chile e Los Angeles.Dentre os poluentes fotoquímicos, o ozônio é de maior conhecimento do público, devido aimportância do ozônio estratosférico e a crescente preocupação mundial a cerca daredução dos níveis de ozônio nesta camada. Na troposfera é o aumento progressivo dasconcentrações de ozônio, principalmente, em grandes centros urbanos, o alvo depesquisas em todo o mundo. As conseqüências diretas da exposição da população aaltas concentrações deste poluente, próximo a superfície, são irritação nos olhos e nasvias respiratórias, entre outros danos à vida em geral (CETESB, 2003).Os distritos que integram a costa sudoeste dos Estados Unidos, no ano de 1977,chegaram a registrar 208 dias com ocorrência de violações ao padrão de qualidade do arestabelecido pelo EPA para o poluente ozônio (AQMD, 2005). Contudo, uma significativamelhoria da qualidade do ar foi verificada a partir do estabelecimento de políticas públicaspara o controle de emissões. No ano de 2004, por exemplo, as ultrapassagens ao padrãohorário foram identificadas em apenas 28 dias do ano.A cidade de Santiago do Chile apresenta diversos episódios de smog fotoquímicocaracterizado por altas concentrações de ozônio, que tem aumentado de formaconsiderável nas últimas duas décadas (JORQUERA et al., 2004; RUBIO et al., 2004).No Brasil, o primeiro registro de um evento deste tipo que se tem notícia ocorreu em 1972na cidade de São Paulo, provocado principalmente por emissões atmosféricasproveniente de veículos automotores associadas a condições meteorológicas de inversãotérmica e ausência de ventos e de chuvas. Atualmente, o Estado de São Paulo vemenfrentando diversos problemas relacionados a altas concentrações de ozônio quepassaram a ser detectados rotineiramente. De acordo com CETESB (2004), somente noano de 2003, foram verificadas ultrapassagens ao padrão horário em 72 dias o quecorresponde a aproximadamente 20% dos dias do ano.4

No Estado do Rio de Janeiro, algumas regiões já apresentam problemas referentes aaltas concentrações de ozônio. Segundo CARVALHO e CAVALCANTI (2004), em apenasum ano de registros no Município de Macaé, referentes ao período entre abril de 2002 emarço de 2003, foram identificados 26 dias com violações dos limites estabelecidos pelaResolução CONAMA 03/90. CARVALHO et al. (2004ª) revelou que em um mês demonitoramento da qualidade do ar, entre os dias 15 de março e 15 de abril, no Municípiode Belford Roxo, foram registradas 6 ultrapassagens ao padrão.2.1 FORMAÇÃO DO OZÔNIO TROPOSFÉRICODe acordo com a literatura (SEINFELD, 1986; BRONNIMANN E NEU, 1997; VECCHI eVALLI, 1999; PONT e FONTAN, 2001), o balanço global de ozônio, na troposfera,ilustrado na Figura 2.1, apresenta ganho através da produção química “in situ” e dotransporte de ozônio estratosférico enquanto a perda se dá através do processo dedeposição seca na superfície da Terra e da destruição através de mecanismos de reaçãoquímica local.Figura 2.1: Balanço Global do Ozônio TroposféricoFonte: Adaptado a partir de SEINFELD, 1986.5

A produção química do ozônio na troposfera ocorre a partir de reações mediante a açãoda luz solar e de oxidações fotoquímicas. Sendo o ozônio um poluente secundário, osinergismo com os demais poluentes representa um fator complicador para o problema,dificultando a modelagem e previsão da formação deste.O ciclo fotoquímico que leva a formação do ozônio e outros poluentes fotoquímicos estáapresentado na Figura 2.2. Em determinadas condições meteorológicas, principalmentesob forte incidência de raios ultravioletas, pode ocorrer a fotólise do NO 2 , voltando a NO eliberando oxigênio atômico no estado excitado (O*), que pode reagir com o oxigêniomolecular formando então o ozônio. Por outro lado, esta reação pode ser revertida, apartir da quebra da molécula de ozônio, a partir da ação da radiação solar comcomprimento de onda menor que 310 nm, liberando oxigênio atômico, que vai entãorealizar outras reações fotoquímicas produzindo o radical OH - . Este radical pode formarnovamente ozônio e outras substâncias ou mesmo ser um sumidouro para NO x ,produzindo compostos nitrogenados (U.S. DEPARTMENT OF HEALTH, EDUCATION,AND WELFARE, 1970).Figura 2.2: Esquematização do Ciclo FotoquímicoFonte: Adaptada a partir de “Air Quality Criteria for Photochemical Oxidants – U.S.Department of Health, Education, and Welfare”, 1970.6

As reações apresentadas a seguir mostram, de forma resumida, as principais etapas quelevam à formação do ozônio (SEINFELD, 1986; BRONNIMANN E NEU, 1997; CETESB,2002).NO 2 + hν → NO + O* (λ

O 3 +hv → O + O 22.4→ O( 1 D) + O 2O( 1 D) + H 2 O → 2OH 2.5 2.1CO + OH → CO 2 + HO 2 2.6HO 2 + NO → NO 2 + OH 2.7NO 2 + hν → NO + O 2.8O + O 2 + M → O 3 + M 2.9Sendo assim, o resultado final destas reações pode ser escrito como:CO + 2O 2 + hν → CO 2 + O 3 2.10Os mecanismos cinéticos descritos anteriormente não incluem a formação do smogfotoquímico na presença dos Compostos Orgânicos Voláteis (COVs). Esse termo éaplicado na classificação dos compostos orgânicos presentes na atmosfera na fasegasosa (por exemplo, hidrocarbonetos não-metano, metano e compostos oxigenados),excluindo o monóxido e o dióxido de carbono. Os COVs são emitidos por fontesbiogênicas continentais e antropogênicas, sendo estas principalmente provenientes deveículos automotivos. O radical hidroxila é uma espécie chave para o entendimento daquímica da formação do smog fotoquímico e, conseqüentemente, do poluente ozônio.Existe uma competição entre os COVs e o NO x pelo radical hidroxila. Para altas razões deconcentração de COVs / NO x o radical hidroxila reagirá principalmente com o COVs, parabaixas razões a reação com o NO x pode ser predominante (SEINFELD, 1986). A reaçãodos Compostos Orgânicos Voláteis com o radical hidroxila promove a formação deradicais peroxialquila (RO . 2 ), acila (RCO . ) e peroxiacila ( RC(O)O . 2 ). Os radicais peroxireagem rapidamente com o NO para formar NO 2 e outros radicais livres, que sãooxidados a radicais hidroperoxila que podem reagir com NO para regenerar radicaishidroxila e NO 2 . Assim, os radicais livres provenientes dos compostos orgânicos voláteis2.1 Geralmente, esta molécula de oxigênio no estado excitado colide com o N 2 ou o O 2levando a molécula a seu estado normal (ground state). Vale lembrar que existem outroscaminhos que também levam a formação da molécula do radical livre hidroxila. SegundoARBILLA (2003), por apresentar uma grande reatividade, este radical é a espécie demaior importância na química da troposfera.8

(COVs), são responsáveis por uma grande parcela da oxidação do NO a NO 2conseguinte, pelo aumento da eficiência do processo de formação do ozônio.e, porDessa forma, uma redução nas emissões de NO x nem sempre resulta em umasignificativa diminuição das concentrações de ozônio (PONT e FONTAN, 2001), mas adiminuição das emissões de COVs produz efetivamente uma menor formação destepoluente (BRÖNNIMANN e NEU, 1997). VANDERSTRAETEN et al. (1996) concluíramque estratégias de redução do tráfego de veículos no verão na Bélgica, levados à níveiscomparáveis ao fluxo veicular atingido durante os finais de semana, resultariam em umaumento das concentrações de ozônio por quase todo o país. BRÖNNIMANN e NEU(1997), entretanto, revelaram, através da análise de dados de emissão, de qualidade doar e de parâmetros meteorológicos, que, na Suíça, no caso de condições atmosféricasfavoráveis a formação do poluente ozônio, a redução de 20 a 50% das emissões dosprecursores, via redução do fluxo veicular, resultou em diminuições das concentrações deO 3 de apenas 10 a 15%.2.2 A SAZONALIDADE DO OZÔNIO TROPOSFÉRICODiversos estudos (BRONNIMANN e NEU, 1997; RYAN et al., 1999; WISE e COMRIE,2005) afirmaram que a incidência de radiação solar e a ocorrência de temperatura do armais elevadas controlam, em grande parte, a produção fotoquímica de ozônio. Dessaforma, espera-se, em geral, uma maior ocorrência de altas concentrações de ozôniodurante os meses mais quentes do ano, principalmente, em países localizados naslatitudes médias. Esse comportamento foi verificado em diversas localidades da Europa(VECCHI e VALLI, 1999). JENKIN, DAVIES e STEDMAN (2002) observaram,considerando praticamente 10 anos de dados provenientes do monitoramento daqualidade do ar, que, durante o verão, foram registrados, freqüentemente, episódios depoluição por ozônio e outros poluentes fotoquímicos no Reino Unido. Nos EstadosUnidos, nas regiões metropolitanas de Baltimore, Washington e Filadélfia (regiãolocalizada no sudoeste dos Estados Unidos), por exemplo, só é oferecida previsão deozônio nos meses de verão (RYAN et al, 1999).9

Contudo, o mesmo comportamento não pode ser observado quando são analisadosresultados obtidos em países tropicais. Por exemplo, no Egito, mais especificamente nacidade do Cairo, ELMINIR (2005) verificou, analisando o banco de dados referentes aoano de 2002, maiores concentrações durante a primavera. Na Região Metropolitana deSão Paulo, a avaliação do comportamento sazonal do poluente ozônio, no períodocompreendido entre maio de 1996 e dezembro de 1999, revelou maiores concentraçõesocorrendo entre o final do inverno e início do verão (CETESB, 2002). Resultados similarestambém foram observados na Região Metropolitana do Rio de Janeiro durante o ano de2002 (CARVALHO et al., 2004b). A explicação para este comportamento deve-se ao fatode que, durante o auge do verão, período mais quente do ano, verifica-se também umaumento da nebulosidade que reduz a quantidade de radiação solar que atinge asuperfície diminuindo o processo de produção química do poluente.2.3 O COMPORTAMENTO DE ACORDO COM O DIA DA SEMANASegundo BRÖNNIMANN e NEU (1997), a não linearidade do processo de formação dopoluente ozônio fez com que análises de padrões diários venham sendo utilizadas com ointuito de auxiliar a previsão de estratégias para experimentos de redução de emissõesque, de fato, venham a diminuir a formação deste. Ainda de acordo com o referido artigo,alguns estudos indicam que as maiores concentrações médias e máximas de ozônio,principalmente, em áreas próximas a grandes centros urbanos, tendem a ocorrer duranteos finais de semana, quando são registradas as menores concentrações de NO,principalmente devido a diminuição do fluxo de veículos, principais fontes destesprecursores (BEANEY e GOUGH, 2002). Vale ressaltar que o monóxido de nitrogênio éum dos responsáveis pela destruição das moléculas de ozônio (Equação 5.4), ou seja, emgeral, maiores índices de monóxido de nitrogênio levam a menores níveis deconcentração ozônio. Na Itália, por exemplo, de acordo com VECCHI e VALLI (1999), ascidades de Milão e Varena registram maiores valores de concentração de ozônio duranteos finais de semana. No sul da Califórnia, as concentrações máximas de ozônio nos finaisde semana foram entre 20% e 22% superiores as observadas durante os dias úteisapesar das concentrações de seus precursores terem sido mais elevadas durante os diasde semana (QIN, TONNESEN e WANG, 2004).10

No Reino Unido, a relação entre as concentrações de ozônio com o dia da semanatambém foi avaliada (JENKIN, DAVIES e STEDMAN, 2002). Contudo, foi observado que,em geral, o maior número de ultrapassagens ao valor de 90 ppbv ocorreria em sextasfeiras,seguidas por sábados, quintas-feiras, terças-feiras, domingos, segundas e quartasfeiras,respectivamente. Segundo o estudo, o comportamento observado seria resultadoda dependência temporal das emissões dos principais precursores, composta peloscompostos orgânicos voláteis e óxidos de nitrogênio (maiores durante os dias úteis), e aescala temporal, superior a um dia, necessária a formação e transporte das moléculas deozônio que elevam as concentrações do poluente durante a ocorrência dos episódiosfotoquímicos. Esta hipótese foi comprovada através da utilização de um modelo detrajetória fotoquímico que incluiu uma representação das variações das emissões dosprecursores de acordo com a hora do dia, dia da semana, e estação do ano. Por meiodeste, também se verificou a ocorrência do maior número de ultrapassagens ao valorlimite durante as sextas-feiras.PONT e FONTAN (2001) apresentaram resultados obtidos através de dados demonitoramento da qualidade do ar em cinco grandes cidades da França: Marseilles, Lyon,Paris, Strasbourg e Toulouse com o objetivo de avaliar a possível influência da emissãode poluentes primários na formação do ozônio troposférico. Determinar quais seriam asmais importantes fontes no processo de produção da molécula de O 3 apresentou-se comouma tarefa bastante complexa. Por um lado, a especiação e a quantificação das emissõesdos precursores não eram normalmente realizadas e, por outro lado, a determinação daconcentração do poluente em uma região particular seria o resultado da interação defenômenos em diferentes escalas. Com esse intuito, informações referentes a circulaçãode veículos automotores foram consideradas. Verificou-se então que o maior tráfego deveículos, em geral, se davam as sextas feira, quando o fluxo de veículos que saem dacidade por conta do final de semana soma-se a saída do trabalho e a volta para casa.Durante os finais de semana, quando foram registrados os índices de emissão veicularmais baixos, observou-se queda de emissões em torno de 40% em relação às sextasfeiras.As terças e quartas-feiras também revelaram diminuição da ordem de 25% dasemissões. Diferenças similares também foram observadas pelas variações dasconcentrações de monóxido de carbono, de acordo com o dia da semana. Vale ressaltarque o CO é, de acordo com o presente estudo, um excelente indicador dos níveis decirculação veicular. Da mesma forma, espera-se que todas as emissões provenientes do11

fluxo de veículos, que incluem os óxidos de nitrogênio e os hidrocarbonetos, principaisprecursores do ozônio, também decaiam em proporções similares.Ainda, de acordo com PONT e FONTAN (2001), foi possível identificar, em geral, amesma tendência em todas as localidades consideradas. Não foram encontradas grandesdiferenças entre as máximas concentrações de ozônio verificadas aos domingos e àssextas-feiras apesar da variação do tráfego de veículos ser bastante significativa. EmMarseilles, observou-se a ocorrência de maiores concentrações durante às sextas-feiras.Também observou-se que os maiores níveis de ozônio tendem a ocorrer em estaçõesseparadas por até 100 Km. Este comportamento indicou que a poluição, no que se refereao poluente ozônio, possui características similares em escalas regionais. Em Strasbourg,concluiu-se que as emissões veiculares locais não atuavam como os principaisprecursores que levavam a altos índices de O 3 . O mesmo comportamento também foiobservado na cidade de Toulouse. Dessa forma, concluiu-se que a advecção poderiaatuar significativamente sobre a cidade fazendo com que a contribuição das emissões detráfego de veículos seja adicionada, em menor proporção, às concentrações do poluenteem questão. Em Lyon, a variação entre as concentrações máximas de ozônio durante osdias de maior e menor emissão veicular, sextas-feiras e domingos, respectivamente, foide apenas 20%. Em Paris, também não foram encontradas grandes variações nasconcentrações de O 3 entre os dias úteis e os finais de semana. Logo, pressupôs-se queas concentrações do poluente variavam mais de acordo com as condiçõesmeteorológicas, principalmente, no que tange o transporte das moléculas de ozônio.Concluiu-se que estratégias de redução de emissões veiculares numa escala local seriaminsuficientes para o controle da ocorrência de episódios de poluição por ozônio.Segundo a CETESB (2002), com relação a distribuição dos episódios de concentração deozônio durante os dias da semana em diversas estações que compõem a RedeAutomática de Avaliação da Qualidade do Ar na Região Metropolitana de São Paulo,também não foram observadas diferenças significativas entre os dias úteis e finais desemana.12

2.4 COMPORTAMENTO DE ACORDO COM A HORA DO DIADe acordo com a CETESB (2002), o perfil médio horário dos óxidos de nitrogênio, naRegião Metropolitana de São Paulo, revela maiores concentrações de NO pela manhã,em torno das 8 horas, associadas ao maior fluxo do tráfego de veículos. Pouco depois,por volta das 10 horas da manhã, as concentrações de NO diminuem, coincidindo com oaumento dos índices de dióxido de nitrogênio. Um perfil bastante similar também foiobservado na Região Metropolitana do Rio de Janeiro (CARVALHO et al, 2004b).Classificando as estações de acordo com a proximidade de vias com fluxo intenso decirculação de veículos em dois grupos, estações veiculares e estações não veiculares, aCETESB (2002) identificou diferenças entre o perfil médio do ozônio e de seusprecursores. No caso das “estações veiculares”, verificou-se um perfil médio deconcentração de NO mais elevado com baixas concentrações de O 3 cujas moléculas sãoconsumidas rapidamente pelo monóxido de nitrogênio. Nas demais estações, as “nãoveiculares”, a concentração média de NO é mais baixa durante o período da manhã. Nohorário em que as concentrações de ozônio são máximas, observava-se uma drásticadiminuição das concentrações de NO que podia atingir valores próximos a zero. Nesseperíodo as concentrações de NO 2 também apresentam queda devido ao processo defotólise. Ainda em relação às “estações não veiculares”, verifica-se que, em geral, aultrapassagem ao padrão podia se prolongar até o final da tarde (17 e 18 horas). Atravésda avaliação da razão NO 2 /NO também foi identificada a ocorrência de valores baixos epraticamente constantes pela manhã entre 8 e 12 horas nas “estações veiculares”. Em“estações não veiculares” foram observadas razões baixas entre 8 e 10 horas da manhãaumentando rapidamente após este horário.Além da distribuição das emissões atmosféricas, principalmente, por veículosautomotores, a incidência de radiação solar também exerce um forte controle sobre ociclo das concentrações do poluente ozônio, de acordo com a hora do dia. Em geral,verificam-se picos de concentração de O 3 durante a tarde e mínimos durante os períodosda manhã, quando o volume de concentração de monóxido de nitrogênio é máximo, e danoite, quando não há produção fotoquímica do poluente (SEINFELD, 1986; CETESB,2002; ELMINIR, 2005).13

2.5 RELAÇÃO COM A METEOROLOGIAConforme citado anteriormente, a química do poluente ozônio depende, em grande parte,das condições meteorológicas locais. Em geral, as concentrações de O 3 aumentarãoquando o fluxo de raios ultravioleta for máximo, com poucas nuvens, e o volume de ar emque os precursores são misturados e transportados, é limitado (RYAN et al, 1999).Dessa forma, com o intuito de estabelecer quais variáveis meteorológicas maisinfluenciam as concentrações de ozônio troposférico, diversos estudos tem sidodesenvolvidos.VUKOVICH e SHERWELL (2003) utilizaram 15 anos de dados de concentração de ozônioe de observações meteorológicas de superfície e de altitude visando determinar quais ascondições atmosféricas mais importantes para a caracterização do ozônio troposférico emparte da região nordeste dos Estados Unidos que se estende entre os estados deBaltimore e Washington. Para caracterizar o ozônio troposférico foram consideradasestações em quatro regiões que englobavam duas áreas urbanas, localizadas emWashington e Baltimore, e dois sítios rurais, em Maryland e na Virginia. Os parâmetrosmeteorológicos utilizados englobaram parâmetros de superfície (temperatura etemperatura do ponto de orvalho - máxima diária, e nebulosidade e velocidade do vento –média durante o dia) e de altitude (velocidade do vento em 850 hPa para caracterizar otransporte).A metodologia desenvolvida pelo referido artigo envolveu a avaliação dos dados atravésda análise de componentes principais (PCA). O estudo considerou o banco de dadoscompleto, além de variações deste (apenas medições realizadas nos meses de verão edados de concentração de ozônio superior a 100 ppb). Considerando o banco de dadoscompleto e apenas os meses de verão verificou-se fortes correlações positivas entre ocomportamento sazonal das concentrações de ozônio e o de temperatura do ar, ambosdeterminados através da média mensal destes. Resultados similares, ou seja, fortecorrelação positiva também foi encontrada quando considerou-se a temperatura do pontode orvalho (td). Analisando apenas os meses de verão, foi possível observar maiorescorrelações das concentrações de ozônio com a temperatura do ar (correlação positiva) ecom a cobertura de nuvens (correlação negativa). È importante relembrar que a14

temperatura do ar afeta a química do ozônio através das constantes taxas das reaçõesquímicas, sendo que maiores temperaturas são mais efetivas. Já a temperatura do pontode orvalho é uma medida do conteúdo de vapor d’água na atmosfera e este vapor éimportante na química do ozônio (NRC, 1991). No que se refere às análises a partir dobanco de dados, contendo apenas os episódios de concentrações de O 3 superiores a 100ppb, foram encontradas maiores relações com a cobertura de nuvens e a velocidade dovento, tanto a superfície como em 850 hPa. As análises revelaram que as concentraçõesde ozônio aumentam com a redução da velocidade do vento. Vale ressaltar que a baixavelocidade do vento dificulta o transporte e facilita a estagnação do ar promovendo aacumulação de ozônio e de seus precursores na camada limite. Correlações negativastambém foram encontradas entre as concentrações de ozônio e a cobertura de nuvens,isto é, maiores concentrações do poluente são verificadas em condições de céu claro,quando há maior incidência de radiação solar. Em termos de processos, a cobertura denuvens acaba controlando a quantidade de radiação solar que alcançará a superfície.Sendo a radiação solar fundamental para a produção da molécula de O 3 já era esperadoque a nebulosidade diminua conforme o ozônio aumente.Também foi observado que a partir do momento em que a temperatura do ar e atemperatura do ponto de orvalho atingem 27 e 10 °C, respectivamente, acréscimos aestas variáveis aparentam ter pouco ou nenhum efeito nas concentrações de ozônio. Osresultados encontrados sugerem que quando altas temperaturas são atingidas, ainfluência deste parâmetro diminuiu e outros fatores meteorológicos se tornam maisimportantes. A análise de PCA indicou que as principais condições meteorológicas para aocorrência de episódios de poluição por ozônio são céu claro e ventos fracos quedificultam o transporte sugerindo que, nessa região, o ozônio e os seus precursores vêm,em grande parte, de emissões locais (VUKOVICH e SHERWELL, 2003).WISE e COMRIE (2005) investigaram tal influência separando os efeitos meteorológicos,através da utilização do Filtro de Kolmogorov-Zurbenko (KZ) aplicado a um banco dedados de monitoramento ambiental, e examinando os padrões e tendências de evoluçãoda concentração de ozônio no que se refere a alterações nas emissões de seusprecursores. É importante ressaltar que qualidade do ar no sudoeste dos Estados Unidosé influenciada por uma grande variedade de fontes antropogênicas (veículos,termelétricas, indústrias, entre outras) e por fontes biogênicas (queimadas, poeira,15

partículas do solo e hidrocarbonetos emitidos pela vegetação). Contudo, as condiçõesmeteorológicas aparentam ter o maior impacto nas variações diurnas das concentraçõesde ozônio registradas na região, mascarando possíveis efeitos da mudança no nível dasemissões ao longo do tempo. Foram considerados dados meteorológicos e de qualidadedo ar registrados no período entre 1990 e 2003. Estes registros referiam-se a temperaturamáxima diária, a velocidade do vento (média diária), a média diária da temperatura doponto de orvalho, a altura da camada de mistura, a média diária da umidade relativa doar, a radiação solar UV e a precipitação.A avaliação da tendência evolutiva das concentrações de ozônio revelou que tanto osfatores meteorológicos quanto as emissões locais são determinantes para o nível deconcentração observados. A maioria das estações de monitoramento da qualidade do arconsideradas apresentou aumento das concentrações durante os anos 90 apesar daaplicação de limites de emissão mais restritivos para os precursores, além do maiorcontrole na emissão de fontes veiculares. É possível que mudanças nas emissões,principalmente, o crescimento da região tenham sido os principais fatores que tenhaminfluenciado estas tendências (WISE e COMRIE, 2005).Dentre as variáveis meteorológicas consideradas em WISE e COMRIE (2005), a altura dacamada de mistura apresentou os maiores índices de correlação com o ozônio nosudoeste americano. Esses fatores revelaram contrastes com resultados encontrados emoutras regiões do EUA, onde a temperatura do ar foi identificada como o principal fatorcontrolador do ozônio. Como na região considerada no presente estudo verifica-seincidência de radiação solar e ocorrência de altas temperaturas durante o ano todo,supôs-se que este fato pode levar a uma influência mais sutil por parte da temperatura doar. Ao contrário do esperado, maiores valores da altura da camada de mistura foramassociados a maiores concentrações de ozônio. O mesmo resultado também foi verificadona região leste dos Estados Unidos (RAO et al., 2003). Segundo o artigo, isso se deve aoentranhamento de ar poluído no fluxo descendente.16

Vale ressaltar ainda que, durante os meses do verão, em diversas ocasiões, asconcentrações de O 3 na área de interesse ultrapassam o padrão de qualidade do arestabelecido pelo EPA (VUKOVICH et al., 1999; RYAN et al., 1999). Em geral, observouseque as condições meteorológicas associadas a este tipo de evento corresponderam aatuação de sistemas de alta pressão que partem do Canadá com massa de arcaracterizada por baixos níveis de poluição por ozônio e por precursores deste que aomover-se sobre o meio oeste americano (área que concentra um grande número defontes emissoras) registra um considerável aumento destes níveis.A atuação destes sistemas, geralmente, está associada a situações de céu-claro, altastemperaturas e ventos fracos, corroborando os diversos estudos que revelaramcorrelações positivas entre as concentrações de ozônio e a temperatura do ar (COMRIE,1996; SILLMAN, 1999; DIEM e COMRIE, 2001; CETESB, 2002; CARVALHO et al., 2004;ELMINIR, 2005). Em média, registros de concentrações de ozônio mais elevados foramencontrados em dias com ocorrência de maiores temperaturas. A avaliação da incidênciade radiação solar também revelou resultados similares (VUKOVICH E SHERWELL,2003).JENKIN, DAVIES e STEDMAN (2002) também determinaram as origens geográficas dasmassas de ar que atuam durante a ocorrência de episódios de concentração do poluenteozônio em diversas localidades do Reino Unido a partir da análise de suas trajetórias.Verificou-se, então, que os altos índices de concentração de ozônio, registrados apenasdurante o verão, estavam associados a atuação de anticiclones. A avaliação dastrajetórias mostrou que as massas de ar chegavam ao Reino Unido vindo do continenteEuropa com direção de propagação variando entre leste e sudeste.A relação entre maiores concentrações de ozônio e o campo de direção e velocidade dosventos também possibilitou a avaliação do transporte do poluente e de seus precursoresatravés da identificação da predominância do vento (VUKOVICH e GUINNUP, 1998;CETESB, 2002; CARVALHO, 2004; ELMINIR, 2005). O transporte vertical da estratosfera(“downstream”) de moléculas de O 3 não se apresentou como fundamental para e emsituações onde altas concentrações do poluente foram verificadas (RYAN e DICKERSON,2000; VUKOVICH e SHERWELL, 2003).17

Também é importante destacar a correlação entre o poluente ozônio e a umidade relativado ar revelou divergência de resultados em diferentes estudos. A CETESB (2002) revelouque índices de umidade relativa do ar variando entre 30 e 70% puderam ser relacionadosa episódios de poluição por ozônio na Região Metropolitana de São Paulo. CARVALHO etal (2003) e ELMINIR (2005) verificaram que maiores concentrações de O 3 na RegiãoMetropolitana do Rio de Janeiro e na cidade do Cairo (Egito), respectivamente, ocorriamquando a umidade relativa atingia valores mais baixos. Contudo, VUKOVICH eSHERWELL (2003) concluíram que grandes concentrações de vapor d’água seriamnecessários para a ocorrência de altos níveis de poluição por ozônio, na região leste dosEUA.18

3. CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIROA Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ) ocupa uma área total equivalente aapenas 13% da área do Estado do Rio de Janeiro. Com cerca de 4.825 km 2 a regiãoengloba 17 municípios que possuem praticamente 11 milhões de habitantes o querepresenta quase 80% da população de todo o Estado (Fundação CIDE, 2005). SegundoCarneiro (2001), três em cada quatro fluminenses residem na RMRJ.A macrocefalia da RMRJ torna-se mais nítida a partir da avaliação da densidadedemográfica. No interior do estado a relação é de 91,5 habitantes/km 2 , já considerada altaquando comparada à média nacional (20 habitantes/km 2 ). Entretanto, quando comparadaà média da densidade demográfica da região metropolitana de 1.909,7 habitantes/km 2 ,evidencia-se a concentração em massa da população nos grandes centros urbanos queintegram a RMRJ. Vale destacar os municípios de São João de Meriti com densidadesuperior a 12.000 habitantes por km 2 , Nilópolis, com mais de 7.000 hab/km 2 , Belford Roxocom 5.482 hab/km 2 e Rio de Janeiro com 4.853,1 hab/km 2 (Fundação CIDE, 2005).Atualmente, o Estado do Rio de Janeiro é responsável por aproximadamente 12% do PIB(Produto Interno Bruto) do país. Contudo, considerando que nem sempre o crescimentoeconômico vem acompanhado de desenvolvimento social, especialmente em países emdesenvolvimento, como é o caso do Brasil, a alta densidade demográfica aliada a fatoresde ordem social geram diversos problemas que podem ser claramente identificados naRMRJ. Dentre estes, podem ser destacadas a má distribuição de serviços eequipamentos urbanos, a alta demanda por habitações e a intensa degradação dosrecursos do meio ambiente.19

3.1 A PROBLEMÁTICA DA POLUIÇÃO DO ARO alto grau de desenvolvimento urbano acabou por concentrar inúmeras fontes deemissão de poluentes atmosféricos nesta área o que gerou diversos problemas depoluição do ar. Na RMRJ encontra-se a segunda maior concentração de fontes emissorasdo país.De acordo com o Instituto Pereira Passos, no Estado do Rio de Janeiro existem ao todonove distritos industriais dentre os quais sete fazem parte da RMRJ (Fazenda Botafogo,Duque de Caxias, Queimados, Campo Grande, Santa Cruz, Palmares e Paciência). Aestrutura do setor industrial no Estado do Rio de Janeiro está apresentada na Tabela 3.1onde pode-se verificar a importância do setor da indústria de transformação para aeconomia fluminense.Tabela 3.1: Estrutura Setorial da Indústria no Estado do Rio de JaneiroESTRUTURA SETORIALDA INDÚSTRIAPARTICIPAÇÃO DAINDÚSTRIA TOTAL (%)Extrativa Mineral 20,8Indústria de Transformação 79,2Metalurgia Básica 11,2Edição, impressão e reproduçãode gravações10,5Farmacêutica 8,5Outros Produtos Químicos 8,2Alimentos 6,8Bebidas 5,7Borracha e Plástico 3,9Veículos automotores 3,8Minerais Não Metálicos 3,7Perfumaria, sabões, detergentese produtos de limpeza2,2Têxtil 1,3Fonte: FIRJAN, 2004.20

Ainda avaliando o desenvolvimento urbano, foi verificado que, atualmente, a frota deveículos automotores emplacados na Região Metropolitana do Rio de Janeiro é de2.680.997 veículos (Fundação CIDE, 2005).Objetivando realizar um diagnóstico de quais e como estas fontes estão ativamentecontribuindo para a degradação da qualidade do ar, a FEEMA (Fundação Estadual deEngenharia do Meio de Ambiente) concluiu em 2004, o primeiro inventário de emissõesatmosféricas 3.1 da região (FEEMA,2004). Ao todo foram inventariadas 425 empresas,somando 1641 fontes fixas, e 187 vias de tráfego que corresponderam a 241 fontes. Adistribuição espacial das fontes fixas e móveis consideradas pode ser observada nasFiguras 3.1 e 3.2. Para todas estas fontes foram consideradas emissões de materialparticulado (na forma total e menor que 10 µm), dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio,monóxido de carbono e compostos orgânicos (hidrocarbonetos totais e não metano).Figura 3.1: Localização das Fontes Fixas Inventariadas na RMRJFonte: FEEMA, 2004.3.1Inventário de Emissões: constitui-se como um dos melhores instrumentos deplanejamento dentro de um órgão ambiental, uma vez que define qualitativa equantitativamente as atividades poluidoras fornecendo informações sobre ascaracterísticas das fontes, definindo localização, magnitude, freqüência, duração econtribuição relativa das emissões atmosféricas.21

Figura 3.2: Configuração da Distribuição das Vias de Tráfego Inventariados na RMRJFonte: FEEMA, 2004.Dentre os resultados obtidos por meio do Inventário de emissões podem ser destacadosos que se referem ao percentual de contribuição das fontes fixas e móveis. Em média, foiidentificado que 77% do total de emissões da RMRJ provém das emissões de veículosautomotores e apenas 23% são provenientes de fontes fixas.A contribuição das fontes fixas e móveis por poluente está apresentada na Tabela 3.2onde torna-se nítido que a maior contribuição das fontes fixas está relacionada aosparâmetros partículas inaláveis e dióxido de enxofre. Quanto às fontes móveis, aparticipação de suas emissões é significativamente maior para as emissões dehidrocarbonetos e monóxido de carbono.Tabela 3.2: Taxas de Emissão por tipo de Fonte na RMRJ (x 1000 ton/ano)Fonte: FEEMA, 2004.TIPO DE FONTE MP10 SO 2 NOX CO HCFixas 10,6 55,8 30,3 6,3 25,9Móveis 7,8 7,5 60,2 314,7 53,4Total 18,4 63,3 90,5 321,0 79,322

Além dos problemas associados às altas taxas de emissão, a qualidade do ar na RMRJainda sofre complicações por conta de diversos fatores, como a topografia acidentada daregião, a ocupação desordenada do solo, a presença de grandes corpos d’água econdições atmosféricas que dificultam o processo de dispersão dos poluentes.De acordo com a FEEMA/GTZ (1995), “O Rio de Janeiro é um exemplo, até mesmoparticular desse cenário, uma vez que além de suas variadas características urbanas, seapresenta envolvido por uma acidentada topografia, que cria divisores microclimáticosnaturais, além de afetar, significativamente e de modo diversificado, a ventilação e, porconseguinte, os mecanismos de transporte e dispersão dos poluentes na região”.A partir destas considerações, foram definidas áreas homogêneas na RMRJ em termosdos mecanismos responsáveis pela dispersão atmosférica dos poluentes. Essas áreassão conhecidas como Bacias Aéreas 3.2 . Na RMRJ foram determinadas quatro baciasaéreas:- Bacia Aérea I: localizada na Zona Oeste da região possui cerca de 730 km 2 de área.Está inserida na Bacia Hidrográfica da Baía de Sepetiba. Engloba a região administrativade Santa Cruz e Campo Grande (ambas localizadas no Município do Rio de Janeiro),além dos municípios de Itaguaí, Seropédica, Paracambi, Queimados, Japeri e NovaIguaçu.- Bacia Aérea II: compreende parte do Município do Rio de Janeiro englobando osbairros de Jacarepaguá e da Barra de Tijuca. Ocupa uma área de aproximadamente 140km 2 .- Bacia Aérea III: abrange a Zona Norte do Município do Rio de Janeiro e parte dosMunicípios da Baixada Fluminense (Belford Roxo, Duque de Caxias, Japerí, Magé,Mesquita, Nilópolis, Nova Iguaçu, Queimados e São João de Meriti). Possui em torno de700 km 2 .- Bacia Aérea IV: localizada a leste da Baía de Guanabara, ocupa uma área deaproximadamente 830 km 2 . Compreende os municípios de Niterói, São Gonçalo eMaricá.3.2 Bacia Aérea: este conceito foi estabelecido pela FEEMA como ferramenta necessária agestão da qualidade do ar na região.23

A distribuição espacial das bacias aéreas dentro da Região Metropolitana pode servisualizada na Figura 3.3.Figura 3.3: Bacias Aéreas da Região Metropolitana do Rio de JaneiroFonte: FEEMA, 2004.O monitoramento da qualidade do ar na RMRJ teve início no final da década de 60. Nestaépoca a rede da FEEMA contava apenas com 3 estações manuais, que realizavammedições de partículas totais em suspensão a cada seis dias. Estas estações ainda estãoem operação. Durante as últimas três décadas a rede de estações de monitoramento foiampliada. Atualmente, na RMRJ são encontradas 21 estações manuais, que monitorampartículas totais em suspensão (PTS) e/ou partículas inaláveis (PI), e 14 estações demonitoramento contínuo, sendo 5 pertencentes a FEEMA, 4 pertencentes a SecretariaMunicipal de Meio Ambiente e o restante a rede privada. Estas estações registramconcentrações de: monóxido e dióxido de nitrogênio (NO e NO 2 , respectivamente),hidrocarbonetos totais (HCT) que representam a soma dos hidrocarbonetos não-metano(HCNM) com o metano (CH 4 ), monóxido de carbono (CO), ozônio (O 3 ), dióxido de enxofre(SO 2 ) e partículas inaláveis (PI). As estações automáticas também realizam omonitoramento de alguns parâmetros meteorológicos como direção e velocidade dosventos, temperatura e umidade relativa do ar. Além destas, também fazem parte do banco24

de dados da FEEMA dados referentes às estações meteorológicas dos aeroportos SantosDummont, Galeão e da Base Aérea de Santa Cruz. A Figura 3.4 ilustra a distribuiçãoespacial das estações na Região Metropolitana.Figura 3.4: Distribuição Espacial da Rede de Monitoramento da RMRJDe acordo com os últimos relatórios anuais divulgados pela FEEMA (2004), entre osníveis de concentração de poluentes mais altas da região estão o material particulado e oozônio. Vale ressaltar que o monitoramento das concentrações de ozônio só foi iniciadono final da década de 90, porém, há indícios de que as concentrações de ozôniotroposférico constituem efetivamente, pelos valores monitorados, um grave problema paraa qualidade do ar na região.3.2 A CLIMATOLOGIAÉ importante destacar que a avaliação da qualidade do ar em uma determinada regiãoestá intimamente ligada as condições atmosféricas dominantes. Na verdade, a qualidadedo ar em uma área é determinada a partir da interação entre os processos físicos equímicos da atmosfera. Sendo assim, o conhecimento da climatologia local éimprescindível para os estudos referentes à poluição atmosférica.25

Para uma descrição geral da climatologia da região foram utilizados as NormaisClimatológicas 3.3 considerando a Estação Rio de Janeiro, localizada no Aterro doFlamengo (latitude 22.55 e longitude 43.10) e pertencente ao Instituto Nacional deMeteorologia (INMET). Estes resultados, obtidas através das médias climatológicas entre1961 e 1990, estão sumarizados na Tabela 3.3.PeríodoTabela 3.3: Normais Climatológicas (1961-1990)TemperaturaMédia Máxima MínimaPrecipitaçãoTotalUmidadeRelativaNebulosidade(0-10)Insolação Total(Horas e décimos)Janeiro 26,2 29,4 23,3 114,1 79,0 6,0 196,2Fevereiro 26,5 30,2 23,5 105,3 79,0 5,0 207,0Março 26,0 29,4 23,3 103,3 80,0 5,0 195,6Abril 24,5 27,8 21,9 137,4 80,0 5,0 166,0Maio 23,0 26,4 20,4 85,6 80,0 5,0 171,4Junho 21,5 25,2 18,7 80,4 79,0 5,0 157,2Julho 21,3 25,3 18,4 56,4 77,0 4,0 182,5Agosto 21,8 25,6 18,9 50,5 77,0 4,0 178,4Setembro 21,8 25,0 19,2 87,1 79,0 6,0 136,9Outubro 22,8 26,0 20,2 88,2 80,0 6,0 158,5Novembro 24,2 27,4 21,4 95,6 79,0 6,0 168,7Dezembro 25,2 28,6 22,4 169,0 80,0 7,0 160,1Anual 23,7 27,2 21,0 1172,9 79,0 5,0 2078,5Fonte: INMETCom base nas Normais Climatológicas pode ser observado que as temperaturas médiasmais altas são registradas no trimestre janeiro/fevereiro/março e as mínimas ocorrem noperíodo entre junho e setembro. A importância da temperatura do ar nos estudosreferentes a qualidade do ar se baseia no fato de que este parâmetro reflete o balançodas trocas energéticas entre a superfície e a atmosfera, assim como os resultados daadvecção (transporte horizontal) de ar frio ou quente impostos por circulaçõesatmosféricas de escala micro, meso ou sinótica. No caso do presente estudo, aimportância deste parâmetro consiste na possível associação entre altas temperaturas e aformação de ozônio troposférico. Por outro lado, deve-se ressaltar que, em geral, altas3.3Normais Climatológicas: Para a determinação das normais climatológicas faz-senecessário no mínimo 30 anos de dados.26

temperaturas são associadas a movimentos verticais (convecção) o que favorece oarraste dos poluentes para camadas mais altas da atmosfera, enquanto mais baixastemperaturas permitem a manutenção dos poluentes mais próximos a superfície.Ainda de acordo com a Tabela 3.3, o total precipitado de 1172,9 mm está mais distribuídoentre os meses mais quentes, durante o verão. A precipitação é um dos melhoresmecanismos de remoção de poluentes do ar atuando de forma a limpar a atmosfera.Também foi identificado um período mais seco que ocorre durante os meses de inverno.Em geral, a umidade relativa do ar apresentou pouca variação entre os meses do ano. Amaior diferença registrada é de 3% na média. No que tange as médias de nebulosidade,são verificados mínimos nos meses de julho e agosto e máximas em dezembro. Éimportante lembrar que a região de estudo quase sempre apresenta alguma nebulosidadedevido, em grande parte, a proximidade de fontes de umidade como o oceano e a Baía deGuanabara. A insolação total, assim como a temperatura média, apresentou máximas notrimestre jan/fev/mar. Os menores valores registrados são observados nos meses desetembro e dezembro. A relação entre a poluição do ar e a radiação solar incidenteconsiste basicamente da importância deste parâmetro meteorológico na formação dosoxidantes fotoquímicos como é o caso do ozônio.Segundo a FEEMA (1995), a climatologia dos ventos no Município do Rio de Janeiro,elaborada pela TASA (Telecomunicações Aeronáuticas S.A.), revela que a maiorfreqüência dos ventos, considerando os dados referentes ao aeroporto do Galeão, é dosetor sul-sudeste para nordeste durante quase todo o ano. Vale ressaltar ainda que estascondições variam de acordo com a localidade da estação. Por exemplo, nos aeroportosde Santa Cruz e de Jacarepaguá é verificada predominância de ventos de sudoeste paranordeste e de sul para norte, respectivamente. Mais informações a respeito dascondições predominantes de vento registradas nas estações de monitoramento daqualidade do ar consideradas neste estudo serão apresentadas no Capítulo 6.27

4. METODOLOGIAPara a realização do presente estudo foram utilizados os registros da concentração dopoluente ozônio e dos óxidos de nitrogênio (monóxido e dióxido de nitrogênio) que sãomonitorados na RMRJ. Tais registros originaram-se das estações de monitoramentocontínuo 4.1 da Fundação Estadual de Engenharia e Meio Ambiente (FEEMA) localizadasnos bairros do Centro e Jacarepaguá (Município do Rio de Janeiro) e no Município deNova Iguaçu (Baixada Fluminense). No que se refere a estas estações, foramconsiderados dados de monitoramento relativos ao período entre o ano 2000 e setembrode 2005. Além destas, também foi considerada uma estação de monitoramento óptico 4.2(DOAS) localizada no Município de Belford Roxo operada, de modo conjunto, pelaSecretaria de Meio Ambiente de Belford Roxo e pelo Laboratório de Estudos em Poluiçãodo Ar do Departamento de Meteorologia – IGEO – CCMN – UFRJ. O período de dadosobtidos por meio da Estação Belford Roxo a ser considerado foi de março de 2004,quando foi instalado o equipamento, a setembro de 2005. Para o estabelecimento darelação entre a qualidade do ar e a meteorologia local também foram utilizados dadosmeteorológicos provenientes das mesmas estações, além de registros obtidos por meiodo METAR do Aeroporto do Galeão. A distribuição espacial das estações demonitoramento consideradas por este encontra-se apresentada na Figura 4.1.4.1 Monitoramento Contínuo: fornece medições quase instantâneas das concentraçõesatmosféricas de diversos poluentes. O procedimento envolvido neste caso consiste nasucção do ar ambiente através de um analisador comercial calibrado que produz comoresultado um valor proporcional à concentração do poluente no ambiente4.2 Analisadores Ópticos / Sensores Remotos de Longo Período: Utilizam a técnica daespectroscopia que realiza medições de concentrações de diversos poluentes integrandoas concentrações no caminho entre a fonte de luz e um detector. O mais conhecidodestes instrumentos é o sistema de monitoramento DOAS (Differential Optical AbsorptionSpectroscopy).28

Figura 4.1: Distribuição Espacial das Estações consideradas neste estudoDentre as estações consideradas, a Estação Centro, localizada no Município do Rio deJaneiro é a mais influenciada pelas emissões provenientes do intenso tráfego de veículosautomotores, estando localizada em uma grande via de tráfego, a Avenida PresidenteVargas, e próxima a diversas outras fontes móveis. Geralmente, este tipo de localizaçãonão é a mais favorável para a detecção do ozônio, uma vez que sua reação de formaçãonão é imediata. Entretanto, segundo a FEEMA (2003), a evolução da série histórica domonitoramento das concentrações do poluente ozônio na Estação Centro, iniciado emmeados do ano de 1999, revela a ocorrência de violações ao padrão horário de 160 µg/m 3(RESOLUÇÂO CONAMA 03/90). Vale ressaltar que esta estação está inserida dentro daBacia Aérea III, a mais degradada em termos de qualidade do ar.No que se refere à Estação Jacarepaguá, também localizada no Município do Rio deJaneiro e inserida na Bacia Aérea II, verifica-se a influência de poluentes lançados naatmosfera por veículos e indústrias. Segundo a FEEMA (2002), as concentrações deozônio nesta estação encontram-se, geralmente, abaixo dos níveis do padrão horário.29

Em relação às emissões atmosféricas características da área do entorno da EstaçãoNova Iguaçu, localizada na Baixada Fluminense, podem ser relacionadas com fontesmóveis e fixas. Vale ressaltar que na Baixada Fluminense estão localizadas diversasindústrias de médio e grande porte como, por exemplo, a Refinaria de Duque de Caxias –REDUC. Dentre as principais vias de tráfego presentes na região de entorno da EstaçãoNova Iguaçu estão a Rodovia Presidente Dutra, Rio-Petrópolis e Via Light. Violações aopadrão de qualidade no que tange o poluente ozônio foram detectadas na Estação NovaIguaçu nos anos de 2002 e 2003 (FEEMA, 2004).O Município de Belford Roxo, assim como o Município de Nova Iguaçu, também estálocalizado na Baixada Fluminense. De acordo com CARVALHO et al. (2004b), umapeculiaridade deste município diz respeito a sua posição em relação às circulaçõesatmosféricas predominantes da região, que possibilitam, na maior parte das situações,que o transporte de poluentes provenientes dos municípios do Rio de Janeiro, Duque deCaxias e São João de Meriti sejam deslocados em sua direção. As fontes de emissõesatmosféricas, móveis e fixas, que influenciam esta estação são diversas. Tanto noMunicípio de Belford Roxo como nos municípios vizinhos, como, por exemplo, NovaIguaçu, encontram-se localizadas fontes de poluição atmosférica industriais. As emissõesde fontes móveis, como as rodovias federais Rio-São Paulo (Rodovia Presidente Dutra) eRio-Petrópolis (Rodovia Washington Luiz) também influenciam a qualidade do ar emBelford Roxo.Com o intuito de diagnosticar a qualidade do ar no que tange o ozônio e os óxidos denitrogênio, foram realizadas análises do comportamento médio anual das concentraçõesdestes, assim como a variabilidade verificada entre os anos considerados.Também foram efetuadas comparações com os padrões de qualidade do ar,estabelecidos pela Resolução CONAMA 03/90, a partir da avaliação das máximasconcentrações. A referida Resolução determinou limites máximos de concentração paraos seguintes poluentes: material particulado total e inalável, dióxido de enxofre, monóxidode carbono, ozônio, dióxido de nitrogênio e fumaça. Tais limites podem ser observados naTabela 4.1. Para estes poluentes foram estabelecidos padrões primários e secundários.Vale ressaltar que os padrões primários estabelecem valores de concentrações que,quando atingidos, podem ser prejudiciais à saúde da população e os padrões secundários30

são os que delimitam uma concentração que além das quais poderá haver um incômodoao bem estar da população, assim como prejuízos à fauna, flora e meio ambiente comoum todo. Na verdade, os padrões secundários têm como objetivo definir uma base queauxilie na política de prevenção à degradação da qualidade do ar, devendo ser aplicadosem áreas de preservação como, por exemplo, estâncias turísticas e parques nacionais(CETESB, 2004).Tabela 4.1: Padrões de Qualidade do Ar estabelecidos pela Resolução CONAMA 03/90PoluenteTempo deAmostragemPadrãoPrimárioPadrãoSecundárioPartículas Totais 24 Horas 1 240 µg/m 3 150 µg/m 3em Suspensão (PTS) MGA 2 80 µg/m 3 60 µg/m 3Fonte: Cavalcanti, 2003.Dióxido de 24 Horas 1 365 µg/m 3 100 µg/m 3Enxofre (SO 2 ) MAA 3 80 µg/m 3 40 µg/m 3Monóxido de 1 Hora 1 35 ppm 35 ppmCarbono (CO) 8 Horas 1 9 ppm 9 ppmOzônio (O 3 ) 1 Hora 1 160 µg/m 3 160 µg/m 3Fumaça MAA 3 60 µg/m 3 40 µg/m 3Partículas 24 Horas 1 150 µg/m 3 150 µg/m 3Inaláveis (PM10) MAA 3 50 µg/m 3 50 µg/m 3Dióxido de 1 Hora 1 320 µg/m 3 190 µg/m 3Nitrogênio (NO 2 ) MAA 3 100 µg/m 3 100 µg/m 3Observações: 1 Esse padrões não devem ser violados mais de uma vez por ano.2 MGA – Média Geométrica Anual3 MAA – Média Aritmética AnualTambém foram estabelecidos pela Resolução CONAMA 03/90 os critérios para acaracterização de episódios agudos de poluição como pode ser visto na Tabela 4.2.31

Tabela 4.2: Critérios para caracterização de Episódios Agudos(Resolução CONAMA 03/90)Tempo deNíveisPoluenteAmostragem Atenção Alerta EmergênciaPartículas Totaisem Suspensão (PTS)Dióxido deEnxofre (SO 2 )Monóxido deCarbono (CO)24 Horas 375 µg/m 3 625 µg/m 3 875 µg/m 324 Horas 800 µg/m 3 1600 µg/m 3 2100 µg/m 38 Horas 15 ppm 30 ppm 40 ppmOzônio (O 3 ) 1 Hora 400 µg/m 3 800 µg/m 3 1000 µg/m 3Fumaça 24 Horas 250 µg/m 3 420 µg/m 3 500 µg/m 3SO 2 x PTS 24 Horas 6500 µg/m 3 261000µg/m 3 393000µg/m 3PartículasInaláveis (PM10)24 Horas 250 µg/m 3 420 µg/m 3 500 µg/m 3Dióxido deNitrogênio (NO 2 )Fonte: Cavalcanti, 2003.1 Hora 1130 µg/m 3 2260 µg/m 3 3000 µg/m 3O presente estudo também apresentou uma avaliação do perfil médio das concentraçõesdo poluente ozônio e dos óxidos de nitrogênio de acordo com o dia da semana e com ahora do dia. A relação entre os níveis de concentração destes poluentes também foiobjetivada através destas análises.Utilizando metodologia proposta pela CETESB (2002), a razão entre as concentrações dedióxido de nitrogênio e as de monóxido de nitrogênio (NO 2 /NO), essencial para aformação da molécula de ozônio, também foi calculada e comparada ao comportamentodas concentrações médias de O 3 por meio da avaliação anual, mensal, de acordo com odia da semana e com a hora do dia.Com o intuito de avaliar a relação entre o transporte advectivo e as concentrações deozônio e dos óxidos de nitrogênio, seus precursores, foram geradas, a partir do banco dedados existentes, rosas dos ventos e rosas de poluição, por meio do software deacompanhamento ambiental SIA versão 4.1 (ECOSOFT, 2004) relacionando a direção e avelocidade dos ventos com as concentrações de ozônio e dos óxidos de nitrogênioobtidas através dos dados provenientes das estações de monitoramento da qualidade doar. Como citado anteriormente, os dados relativos à direção e a velocidade dos ventos32

também foram registrados nas estações de monitoramento, com exceção dos dadosreferentes à Estação Nova Iguaçu que, por conta de problemas operacionais, foramsubstituídos por medições obtidas por meio do METAR do Aeroporto do Galeão.É importante destacar que a avaliação dos registros referentes ao monitoramento daqualidade do ar por meio de análises estatísticas pode fornecer uma importante fonte deinformação e de possível previsão da formação do poluente na região.Sendo assim, complementando este estudo, a técnica Data Mining foi utilizada paraestabelecer uma hierarquia de relações entre os dados meteorológicos e de qualidade doar. Segundo HAN and KAMBER (2001), a técnica de Data Mining que se refere à extraçãoou “mineração” de dados, representa uma etapa do processo de Descoberta doConhecimento em Bancos de Dados (KDD - Knowledge discovery in databases). Éimportante ressaltar que a preparação do banco de dados, primeira etapa do processo deKDD, que abrange o tratamento dos dados, a detecção de outliers e a identificação dasvariáveis relevantes para o problema, bem como de suas defasagens temporais, é umdos aspectos mais importantes para a obtenção de bons resultados a partir da aplicaçãoda técnica de Data Mining (ONS, 2005).No presente estudo, o software Sirius (versão demonstrativa) foi utilizado para a aplicaçãode métodos estatísticos como Análise de Componentes Principais (ACP) e agrupamentopor meio da análise de dendogramas. Vale ressaltar que a aplicação destes métodos tevecomo objetivo promover a investigação das relações entre os dados de qualidade do ar emeteorológicos.De acordo com MARQUES e MARQUES (2005), a Análise de Componentes Principais(ACP) é um método que objetiva a redução do número de variáveis de um determinadoproblema e que permite explicar quais variáveis ou conjunto destas explicam a maiorparte da variabilidade do total. Tal metodologia consiste no cálculo dos autovalores e dosautovetores correspondentes à matriz de variância-covariância ou de coeficientes decorrelação entre as variáveis. Dessa forma, a ACP transforma as variáveis originais emnovos parâmetros definidos como componentes principais (CP). Tais componentes sãocombinações lineares das variáveis originais e agrupados em ordem de importância33

estatística decrescente, ou seja, a primeira CP é sempre a mais importante (MARQUES eMARQUES, 2005; ONS, 2005).Ainda utilizando o software Sirus, a partir da extração das componentes principais, foramgerados dendogramas. Um dendograma é um diagrama que ilustra a hierarquia e arelação da estrutura dos agrupamentos por meio de uma representação gráfica em formade árvore (VALE, 2005).A avaliação do banco de dados por meio desta técnica concentrou-se nos registrosprovenientes do monitoramento da qualidade do ar e de parâmetros meteorológicosrealizado no Município de Belford Roxo. A escolha desta estação deu-se por conta daexistência de poucas falhas nos dados provenientes do monitoramento e dadisponibilidade de obtenção destes com uma maior freqüência de amostragem. No caso,optou-se pelo uso de freqüência de amostragem a cada 15 minutos.O período de monitoramento considerado foi de 13 de março de 2004, quando foi iniciadoo monitoramento na Estação Belford Roxo, e 10 de setembro de 2005 (35308 eventos). Éimportante ressaltar que todos os dados foram avaliados previamente e que todos ospossíveis erros, denominados como “outliers”, foram retirados do banco de dados. Asvariáveis consideradas pelo presente estudo foram:- Concentrações de ozônio (µg/m 3 );- Concentrações de dióxido de nitrogênio (µg/m 3 );- Precipitação pluviométrica (mm);- Pressão atmosférica (hPa);- Direção do vento (º);- Velocidade do vento (m/s);- Temperatura do ar (ºC);- Umidade relativa do ar (%);- Radiação solar incidente total (W/m 2 );- Radiação solar ultravioleta (W/m 2 ).34

Por apresentar valores que atingem ordem de grandeza 10 vezes superiores em relaçãoàs demais variáveis os dados referentes à pressão atmosférica foram subtraídos dapressão atmosférica ao nível do mar (1013,25 hPa).Além disso, foram eliminados do banco de dados todos os eventos que nãoapresentavam registros da concentração do poluente ozônio, cujo comportamento erelação com as demais variáveis é o objetivo deste estudo.Aos parâmetros listados anteriormente foi adicionada uma coluna de dados comreferências a hora do dia (0 a 23). Desta forma, a relação das concentrações de ozôniocom esta variável, cujo comportamento médio está apresentado no Capítulo 5, poderá seravaliada.Dessa forma, obteve-se uma matriz contendo 11 variáveis e 35308 registros, ou seja,foram considerados ao todo 388388 dados. Diversas variações no banco de dados, como,por exemplo, defasagem de algumas variáveis e seleção de apenas parte do dia, tambémforam realizadas e serão avaliadas individualmente no Capítulo 7.35

5. Avaliação das Concentrações de Ozônio Troposférico e de alguns dos seusPrincipais Precursores, os óxidos de nitrogênio, na Região Metropolitana do Rio deJaneiro5.1 Comportamento médio anualAnalisando primeiramente a evolução do comportamento médio anual das concentraçõesde ozônio ao longo dos últimos 6 anos, é possível identificar um aumento na magnitudedestas, em todas as estações consideradas 1 . As concentrações médias anuais dopoluente ozônio podem ser observadas na Tabela 5.1. Dentre as estações pertencentes àFEEMA, a Estação Nova Iguaçu foi a que apresentou a maior variabilidade e as maioresconcentrações médias anuais. Contudo, avaliando as concentrações médias anuaisreferentes à Estação Belford Roxo 2 nos anos de 2004 e 2005, verificam-se valores aindamais elevados, quase duas vezes superiores a Estação Nova Iguaçu, e com poucavariação interanual que, ainda assim, foi superior a variação verificada na Estação NovaIguaçu. Vale ressaltar que o baixo valor das concentrações médias anuais, quandocomparados ao padrão médio horário do poluente, estabelecido pela ResoluçãoCONAMA 03/90 como sendo 160 µg/m 3 , deve-se ao perfil horário do poluente que à noiteé consumido rapidamente. O comportamento horário deste poluente ainda será discutidocom mais detalhes neste capítulo.Tabela 5.1: Concentração média anual do poluente ozônio (µg/m 3 ) no período entre o ano2000 e 2005.Estações 2000 2001 2002 2003 2004 2005Belford Roxo - - - - 39,75 µg/m 3 35,39 µg/m 3Centro 10,08 µg/m 3 8,42 µg/m 3 12,27 µg/m 3 13,23 µg/m 3 15,55 µg/m 3 10,72 µg/m 3Jacarepaguá 8,80 µg/m 3 9,00 µg/m 3 11,53 µg/m 3 13,75 µg/m 3 12,01 µg/m 3 6,72 µg/m 3Nova Iguaçu 12,20 µg/m 3 16,90 µg/m 3 25,93 µg/m 3 22,30 µg/m 3 21,82 µg/m 3 23,71 µg/m 31 Todas as médias referentes ao ano de 2005 foram calculadas considerando os dados demonitoramento apenas até o mês de agosto.2 É importante relembrar que o monitoramento da qualidade do ar na Estação BelfordRoxo teve início em março de 2004.36

A avaliação das concentrações máximas do poluente ozônio, de acordo com o ano,apresentadas na Tabela 5.2, revelam violações ao padrão de qualidade do ar em todas asestações, apesar da localização das estações consideradas ser desfavorável à detecçãode altas concentrações do poluente ozônio, por conta da proximidade com vias de tráfegointenso. Na Estação Centro apenas uma violação com valor de 161,8 µg/m 3 ,correspondente ao ano de 2002, foi registrada nos últimos anos. Em relação à EstaçãoJacarepaguá verifica-se também apenas uma ultrapassagem ao padrão com valor deconcentração igual a 169,3 µg/m 3 . Na Estação Nova Iguaçu foram registradas violaçõesnos anos de 2002, 2003 e 2005. O máximo valor de concentração de ozônio identificadofoi de 248,6 µg/m 3 em 2005. A ocorrência de ultrapassagens ao padrão, no ano de 2002,correspondeu a 4 dias onde a concentração máxima foi de 181,6 µg/m 3 . Em 2003, aultrapassagem ao padrão foi registrada em apenas um dia do ano com valor máximo iguala 176,6 µg/m 3 . No ano de 2005, em dois dias foram identificadas concentraçõessuperiores a 160 µg/m 3 . Em Belford Roxo, também foram observadas violações ao padrãode qualidade do ar em 15 dias, no ano de 2004, e em 1 dia de 2005. Em 2004, aconcentração máxima de Belford Roxo, de 246,7 µg/m 3 , superou os maiores valoresregistrados nas demais estações. Já no ano de 2005, o maior valor de concentração deozônio encontrado ultrapassou o padrão em apenas 0,1 µg/m 3 . Vale destacar que, comexceção dos anos de 2001 e de 2004, a Estação Nova Iguaçu apresentou os maioresníveis de concentração de ozônio.Tabela 5.2: Concentração máxima anual e número de dias com ocorrência de violações*ao padrão de qualidade de ar do poluente ozônio no período entre 2000 e 2005.Estações 2000 2001 2002 2003 2004 2005Belford Roxo - - - - 246,7 µg/m 3 (15) 160,1 µg/m 3 (1)Centro 95,9 µg/m 3 140,5 µg/m 3 161,8 µg/m 3 (1) 140,4 µg/m 3 143,4 µg/m 3 145,5 µg/m 3Jacarepaguá 95,9 µg/m 3 141,6 µg/m 3 123,9 µg/m 3 169,3 µg/m 3 (1) 129,1 µg/m 3 131,1 µg/m 3Nova Iguaçu 97,7 µg/m 3 133,1 µg/m 3 181,6 µg/m 3 (4) 176,6 µg/m 3 (1) 146,9 µg/m 3 (4) 248,6 µg/m 3 (2)* Informação entre parênteses.Observando o comportamento das concentrações médias anuais dos óxidos de nitrogênionão foi possível identificar o mesmo comportamento verificado na análise das37

concentrações de ozônio. Vale ressaltar que os óxidos de nitrogênio são importantesprecursores do poluente ozônio. Os valores médios anuais das concentrações demonóxido de nitrogênio 3 e dióxido de nitrogênio estão apresentados nas Tabelas 5.3 e5.5, respectivamente.Considerando apenas as concentrações de monóxido de nitrogênio (Tabela 5.3), verificasegrande variação nos valores médios anuais, em todas as estações (salvo a EstaçãoBelford Roxo que não monitora o poluente em questão). Entre 2000 e 2002, todas asestações consideradas apresentaram diminuição nos índices de concentração média. Aredução observada foi de aproximadamente 25% em Jacarepaguá, 22% no Centro e de36% em Nova Iguaçu. A Estação Jacarepaguá apresentou forte tendência de aumento em2003 quando verificou-se incremento das concentrações médias em torno de 147% (emcomparação com o ano anterior). O mesmo foi verificado na Estação Nova Iguaçu quandonota-se aumento da ordem de 15% das concentrações. Já a Estação Centro registrouqueda das concentrações do poluente em questão inferior a 5%. É importante destacarque, na Estação Jacarepaguá, o aumento das concentrações foi seguido, em 2004, poruma diminuição destes índices de quase 30% em relação a 2003, e de 22,5% no períodoreferente ao monitoramento de 2005. O comportamento médio verificado nas estaçõesCentro e Nova Iguaçu também revelou similaridades com acréscimo dos índices médiosde concentrações de monóxido de nitrogênio no ano de 2004 de aproximadamente 21% e33%, respectivamente. O decréscimo das concentrações identificado em 2005 na EstaçãoJacarepaguá também pode ser observado na Estação Nova Iguaçu (28%). Em 2005,apenas a Estação Centro apresentou ligeiro aumento das concentrações de NO (inferior a1%).Tabela 5.3: Concentração média anual de monóxido de nitrogênio (µg/m 3 ) entre o ano2000 e 2005Estações 2000 2001 2002 2003 2004 2005Centro 108,24 µg/m 3 96,12 µg/m 3 84,24 µg/m 3 80,99 µg/m 3 101,98 µg/m 3 102,90 µg/m 3Jacarepaguá 53,96 µg/m 3 41,06 µg/m 3 40,89 µg/m 3 100,85 µg/m 3 71,02 µg/m 3 55,03 µg/m 3Nova Iguaçu 82,90 µg/m 3 64,25 µg/m 3 53,39 µg/m 3 62,37 µg/m 3 91,89 µg/m 3 65,97 µg/m 33 Exceto para a Estação Belford Roxo que não realiza monitoramento deste poluente.38

As concentrações máximas anuais de monóxido de nitrogênio estão apresentadas naTabela 5.4. Através desta, torna-se claro que os maiores valores de concentração de NO,exceto em 2001, referem-se a Estação Centro, diretamente influenciada por intensotráfego de veículos. Deve-se destacar a maior concentração verificada nesta estação, de1068,1 µg/m 3 , correspondente ao ano de 2005. Observando os valores referentes aEstação Jacarepaguá verifica-se grande variabilidade interanual. Por exemplo, a máximaconcentração registrada em 2001 (762,7 µg/m 3 ) foi mais de 3 vezes superior ao maiorvalor de 2005. Apesar de também exibir uma significativa variabilidade interanual, aEstação Nova Iguaçu foi a que, em geral, apresentou os menores índices deconcentração do poluente em questão. É importante destacar que a legislação brasileiraem vigência não estabelece padrão de qualidade do ar para o monóxido de nitrogênio.Tabela 5.4: Concentração máxima anual de monóxido de nitrogênio registrada entre 2000e 2005.Estações 2000 2001 2002 2003 2004 2005Centro 780,5 µg/m 3 705,8 µg/m 3 765,7 µg/m 3 685,2 µg/m 3 894,5 µg/m 3 1068,1 µg/m 3Jacarepaguá 491,5 µg/m 3 762,7 µg/m 3 426,5 µg/m 3 614,1 µg/m 3 421,1 µg/m 3 238,7 µg/m 3Nova Iguaçu 226,8 µg/m 3 218,8 µg/m 3 322,4 µg/m 3 438,8 µg/m 3 219,3 µg/m 3 260,5 µg/m 3Analisando as concentrações médias anuais de dióxido de nitrogênio (Tabela 5.5) nota-sesignificativa variação nas tendências, principalmente, nas Estações Jacarepaguá e NovaIguaçu. Analisando os resultados médios para a Estação Centro verifica-se uma pequenadiminuição da concentração média anual de NO 2 em 2001, seguida por uma redução dequase 40% deste valor em 2002 quando, a partir de então, foi registrado aumento de23,3% em 2003 (em relação a 2002) e de 14,6% em 2004 (em relação a 2003). No que serefere a Estação Jacarepaguá foi verificado, em relação ao ano anterior, aumento naconcentração média anual em 2001 e 2003, quando foi registrado elevação de 126,3%em relação a 2002, e diminuição nestes valores em 2002, 2004 e 2005. Na Estação NovaIguaçu observa-se uma ligeira queda na concentração média de NO 2 em 2001 seguidapor um aumento de 62,9% em 2002 (com relação a 2001) que se manteve praticamenteconstante em 2003. Já em 2004 foi registrada queda de 128,7% na concentração médiaanual que atingiu o menor valor dos últimos 5 anos de monitoramento da qualidade do arna referida estação. Em relação à Estação Belford Roxo, observou-se pequena variação39

interanual com diminuição de 14% nas concentrações médias de dióxido de nitrogênio noano de 2005.Tabela 5.5: Concentração média anual do poluente dióxido de nitrogênio entre o ano 2000e 2005.Estações 2000 2001 2002 2003 2004 2005Belford Roxo - - - - 38,91 µg/m 3 33,39 µg/m 3Centro 57,90 µg/m 3 53,76 µg/m 3 32,15 µg/m 3 39,65 µg/m 3 45,46 µg/m 3 45,25 µg/m 3Jacarepaguá 41,78 µg/m 3 45,67 µg/m 3 33,65 µg/m 3 76,17 µg/m 3 55,69 µg/m 3 36,03 µg/m 3Nova Iguaçu 52,17 µg/m 3 48,48 µg/m 3 76,96 µg/m 3 76,03 µg/m 3 33,23 µg/m 3 50,44 µg/m 3Em relação às concentrações máximas anuais de dióxido de nitrogênio, apresentadas naTabela 5.6, foram verificadas violação ao padrão horário de qualidade do ar, de 320 µg/m 3(Resolução CONAMA 03/90), em todas as estações, excetuando à Estação Belford Roxo.Na Estação Centro, foram identificadas ultrapassagens ao padrão em 2003 (apenas emum dia do ano), onde a concentração máxima registrada foi de 422,2 µg/m 3 , em 2004(apenas em um dia do ano), com valor máximo de 357,1 µg/m 3 e em 2005 (em cinco diasdo ano), foi registrado valor de 629,6 µg/m 3 , máxima concentração de todo o período demonitoramento considerado. Entre 2000 e 2005, a Estação Jacarepaguá apresentouviolação ao padrão horário de NO 2 , em apenas um dia do ano, com valor de concentraçãoigual a 460,5 µg/m 3 . A Estação Nova Iguaçu revelou violações em três dias do ano de2002, onde a máxima concentração registrada foi de 322,4 µg/m 3 e em quatro dias do anode 2003, com concentração máxima correspondente a 438,8 µg/m 3 . Analisando asconcentrações máximas do poluente em questão registradas na Estação Belford Roxo,nos anos de 2004 e 2005, observam-se os menores valores dentre todas as estaçõesconsideradas (152,5 µg/m 3 e 136,6 µg/m 3 , respectivamente).T40

Tabela 5.6: Concentração máxima anual e número de dias com ocorrência de violações*ao padrão de qualidade de ar do poluente dióxido de nitrogênio entre o ano 2000 e 2005.Estações 2000 2001 2002 2003 2004 2005Belford Roxo - - - - 152,5 µg/m 3 136,6 µg/m 3Centro 205,3 µg/m 3 239,9 µg/m 3 215,2 µg/m 3 422,2 µg/m 3 (1) 357,1 µg/m 3 (1) 629,6 µg/m 3 (5)Jacarepaguá 165,8 µg/m 3 460,5 µg/m 3 (1) 268,2 µg/m 3 299,8 µg/m 3 285,5 µg/m 3 150,3 µg/m 3Nova Iguaçu 226,8 µg/m 3 218,8 µg/m 3 322,4 µg/m 3 (3) 438,8 µg/m 3 (4) 219,3 µg/m 3 260,5 µg/m 3* Informação entre parênteses.Segundo CETESB (2002), a razão calculada entre as concentrações de dióxido denitrogênio e as de monóxido de nitrogênio (NO 2 /NO) é essencial para a formação damolécula de ozônio, uma vez que estes participam do ciclo fotoquímico do ozônio. Logo, arazão média anual NO 2 /NO foi calculada e comparada as concentrações médias anuaisde O 3 . Observando a Figura 5.1 verifica-se que, dentre as estações consideradas, aEstação Centro, conforme o esperado, apresentou os menores valores da razão NO 2 /NO,por ser altamente exposta ao tráfego de veículos. O comportamento desta razão quandocomparada as concentrações de ozônio não revelou similaridades. Em geral, esperava-seque razões mais altas fossem associadas a maiores médias de ozônio. Em relação aEstação Jacarepaguá, também observa-se o mesmo comportamento, exceto para o anode 2001 quando a razão NO 2 /NO atingiu valor superior a 1. Contudo, na Estação NovaIguaçu é possível identificar, principalmente entre os anos de 2000 e de 2003, perfisbastante similares entre a razão NO 2 /NO e as concentrações de ozônio. Destaca-se o anode 2004 que apresentou grande queda da razão NO 2 /NO, não verificada nocomportamento médio do ozônio. Também deve-se ressaltar que nos anos de 2002 e2003, as concentrações de NO 2 superaram as de NO. A variação da razão calculada podeindicar alteração das fontes emissoras e até mesmo da tipologia predominante destas.41

Estação CentroEstação Jacarepaguá2,01,51,00,50,02000 2001 2002 2003 2004 200530,0020,0010,000,0021,510,502000 2001 2002 2003 2004 200530,0020,0010,000,00NO2/NOO3NO2/NOO3Estação Nova Iguaçu21,510,502000 2001 2002 2003 2004 200530,0020,0010,000,00NO2/NOO3Figura 5.1: Evolução média anual da razão NO 2 /NO e das concentrações de ozônio nasEstações Centro, Jacarepaguá e Nova Iguaçu.5.2 Comportamento médio mensalAvaliando o perfil médio mensal das concentrações do poluente ozônio, obtidos atravésda base de dados de monitoramento registradas de 2000 a 2005, pode-se observarnovamente (Figura 5.2) que, dentre as estações consideradas 4 , a Estação Nova Iguaçu foia que revelou as maiores concentrações médias mensais. O comportamento médiomensal também revela que, em geral, os maiores valores de concentração ocorrem entreos meses de agosto e fevereiro enquanto os menores valores são registrados de março ajulho. Também é importante destacar a similaridade entre os perfis médios encontradosnas Estações Centro, Jacarepaguá e Nova Iguaçu. A influência predominante de fontesmóveis nestas estações, provavelmente, é um fator determinante desta semelhança no4 Por apresentar apenas 1 ano e meio de registros provenientes do monitoramento daqualidade do ar, a Estação Belford Roxo não foi considerada nas análises referentes aocomportamento médio mensal.42

comportamento médio das concentrações deste poluente. Apesar da Estação NovaIguaçu apresentar grande influência das emissões atmosféricas provenientes dos veículosautomotores, também pode-se destacar a presença de diversas indústrias no entorno daestação. Vale ressaltar que, em geral, falhas no monitoramento da qualidade do ar podemcomprometer os resultados observados nesta análise. Por conta disto apenas ocomportamento médio mensal dos poluentes considerados no presente estudo serárealizado.40,0035,0030,0025,0020,0015,0010,005,000,00Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezCentro Jacarepaguá Nova IguaçuFigura 5.2: Variação média mensal das concentrações de ozônio (µg/m 3 ) para o períodoentre 2000 e 2005.No que se refere à concentração média mensal de monóxido de nitrogênio durante operíodo considerado, foi observado (Figura 5.3) que, conforme o esperado, as maioresconcentrações ocorreram na Estação Centro, a mais exposta ao tráfego veicular. Osmaiores valores médios corresponderam aos meses entre maio e agosto, com exceçãoda Estação Jacarepaguá que revelou maiores concentrações entre julho e outubro. Aocorrência de maiores valores de monóxido de nitrogênio durante o inverno era esperadapor conta das características climáticas comumente observadas na estação. Opredomínio do sistema de alta pressão sobre o continente e a maior freqüência deocorrência de inversões térmicas próximas à superfície dificultam a dispersão depoluentes. Em geral, apenas entre os meses de outubro e dezembro, a Estação NovaIguaçu registrou médias superiores as da Estação Centro.43

180,00160,00140,00120,00100,0080,0060,0040,0020,000,00Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezCentro Jacarepaguá Nova IguaçuFigura 5.3: Variação média mensal das concentrações de monóxido de nitrogênio (µg/m 3 )considerando o período entre 2000 e 2005.Os resultados do monitoramento do dióxido de nitrogênio, ilustrados na Figura 5.4,indicaram grandes variações no que se refere ao comportamento médio mensal dopoluente. Apenas a Estação Centro apresentou um comportamento mais homogêneo commaiores concentrações médias entre abril e agosto. Ao contrário do observado emrelação ao comportamento do NO, nenhuma estação se destacou por apresentarconcentrações muito superiores as outras. A evolução média mensal também nãoapresentou um comportamento uniforme. Pode-se observar claramente que as maiores emenores médias mensais não apresentam concordância entre as estações. A relaçãoentre as concentrações médias destes compostos ainda será discutida neste capítulo.44

90,0080,0070,0060,0050,0040,0030,0020,0010,000,00Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezCentro Jacarepaguá Nova IguaçuFigura 5.4 Variação média mensal das concentrações de dióxido de nitrogênio (µg/m 3 )considerando o período entre 2000 e 2005.As variações observadas através da avaliação do comportamento médio mensal dospoluentes motivam a realização da análise da influência das condições meteorológicasnas concentrações do poluente ozônio e dos óxidos de nitrogênio registradas na RegiãoMetropolitana do Rio de Janeiro. A falta de informações a respeito das taxas de emissãode poluentes atmosféricos, de acordo com o período do ano, também justificam esteestudo.O comportamento médio mensal da razão NO 2 /NO quando comparada as médiasmensais das concentrações de ozônio está apresentado na Figura 5.5 onde é possívelidentificar peculiaridades entre as estações. Verificou-se que, na Estação Centro, emmédia, maiores valores da razão entre os óxidos de nitrogênio foi acompanhado pormaiores valores de concentração de ozônio, no período entre março e junho e entre osmeses de agosto e dezembro. Apenas nos meses de janeiro, fevereiro e julho não foipossível observar essa relação. Um comportamento similar foi observado, na EstaçãoJacarepaguá, somente de janeiro a março e em outubro e novembro. Em relação aEstação Nova Iguaçu, pode-se destacar os meses de janeiro e fevereiro e o período entreabril e setembro quando verificou-se que o aumento dos valores médios mensais da45

azão NO 2 /NO ocorreram simultaneamente a incrementos nas concentrações médias dopoluente ozônio.Estação Centro1,510,50Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez40,0030,0020,0010,000,00NO2/NOO3Estação Jacarepaguá1,510,50Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez40,0030,0020,0010,000,00NO2/NOO3Estação Nova Iguaçu1,510,50Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez40,0030,0020,0010,000,00NO2/NOO3Figura 5.5: Evolução média mensal da razão NO 2 /NO e das concentrações deozônio nas Estações Centro, Jacarepaguá e Nova Iguaçu considerando operíodo entre 2000 e 2005.46

5.3 Comportamento médio de acordo com o dia da semanaÉ apresentada, na Figura 5.6, a análise correspondente à variação média daconcentração do poluente ozônio (µg/m 3 ) durante os dias da semana. Torna-se claro,considerando a média das concentrações registradas entre 2000 e 2005, que em todas asestações os maiores valores de médios foram observadas durante os finais de semana(sábados e domingos). A explicação para esse comportamento é devido à diminuição daconcentração do poluente NO e principalmente do aumento da relação da razão daconcentração dos poluentes NO 2 /NO nos dias de fim de semana, como poderá ser vistona análise individual, de acordo com a estação considerada, diminuindo as taxas deconsumo de ozônio devido à reação com o poluente monóxido de nitrogênio. A variaçãoda concentração média de NO e NO 2 estão ilustradas nas Figuras 5.7 e 5.8.Também é possível observar, nas figuras apresentadas, similaridade no perfil dasconcentrações de todos os poluentes para todas as estações consideradas neste estudo.Em geral, notam-se variações apenas na magnitude destas concentrações. No caso dopoluente ozônio, as maiores concentrações médias, de acordo com o dia da semana,corresponderam à Estação Belford Roxo. No que se refere ao monóxido de nitrogênio,foram encontradas concentrações mais altas na Estação Centro que, por sua vez,apresentou as menores concentrações médias de ozônio de acordo com o dia dasemana. Esse comportamento era esperado por conta da reação de consumo damolécula de ozônio pelo poluente NO, bastante rápida na troposfera. Já em relação aodióxido de nitrogênio, os maiores valores foram verificados nos dados da Estação NovaIguaçu enquanto os menores corresponderam a Estação Belford Roxo onde as maioresconcentrações médias de ozônio foram encontradas.47

50403020100dom seg ter qua qui sex sábCentro Jacarepaguá Nova Iguaçu Belford RoxoFigura 5.6: Variação Média Diária do poluente Ozônio (em µg/m 3 ) nas Estação Centro,Jacarepaguá e Nova Iguaçu considerando o período entre 2000 e 2005.120100806040200dom seg ter qua qui sex sábCentro Jacarepaguá Nova IguaçuFigura 5.7: Variação Média Diária do poluente Monóxido de Nitrogênio (em µg/m 3 ) nasEstação Centro, Jacarepaguá e Nova Iguaçu considerando o período entre 2000 e 2005.48

60555045403530dom seg ter qua qui sex sábCentro Jacarepaguá Nova Iguaçu Belford RoxoFigura 5.8: Variação Média Diária do poluente Dióxido de Nitrogênio (em µg/m 3 ) nasEstação Centro, Jacarepaguá e Nova Iguaçu considerando o período entre 2000 e 2005.Análises individuais, relacionando o comportamento das concentrações médias dospoluentes O 3 , NO e NO 2 , assim como, o perfil evolutivo destes ao longo dos últimos anos,de acordo com o dia da semana, seguem apresentadas abaixo:a) Estação CentroA evolução média das concentrações de ozônio, de acordo com o dia da semana, entre oano 2000 e o ano de 2005, para a Estação Centro, segue apresentada na Figura 5.9. Emgeral, o perfil das concentrações ao longo dos dias da semana permaneceu inalteradocom maiores médias de concentração de ozônio durante os finais de semana, comdestaque para o dia de domingo quando o tráfego de veículos é, de fato, menos intenso.Nota-se também, desconsiderando o ano de 2005, uma tendência de aumento dasconcentrações de ozônio nos últimos anos. Vale ressaltar que foram utilizados os dadosde monitoramento apenas até agosto de 2005, data de início deste trabalho. Dessa forma,os meses entre setembro e dezembro, onde as concentrações deste poluente tendem aser mais elevadas, não foram considerados, possibilitando uma diminuição na média doano.49

2520151050dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.9: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) na Estação Centro, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e 2005.O perfil médio das concentrações de NO e NO 2 , apresentados nas Figuras 5.10 e 5.11,revela o mesmo comportamento em todos os anos com maiores valores ocorrendodurante os dias úteis. O que se pode verificar são variações, principalmente no caso dasconcentrações médias do monóxido de nitrogênio, no que diz respeito ao dia no qualocorrem os maiores valores. Em geral, em ambos os casos, não foi possível observartendência de aumento ou diminuição das concentrações médias destes poluentes aolongo dos últimos anos.50

160140120100806040200dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.10: Evolução da variação média das concentrações do poluente monóxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Centro, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e2005.70,0060,0050,0040,0030,0020,0010,000,00dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.11: Evolução da variação média das concentrações do poluente dióxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Centro, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e2005.Em relação ao poluente ozônio, identifica-se o domingo, em todos os anos considerados,como o dia onde as maiores médias foram encontradas. No caso do monóxido denitrogênio, entre 2000 e 2002, os maiores valores corresponderam as sextas-feiras51

enquanto em 2003, 2004 e 2005 estes foram observados segunda, quinta e quarta,respectivamente. Já as maiores concentrações médias de dióxido de nitrogêniocorresponderam as terças-feiras (em 2000 e 2003), quartas (em 2001), quintas (em 2004e 2005) e sextas-feiras (em 2002).Analisando a relação entre as concentrações médias, de acordo com o dia da semana,entre 2000 e 2005, do poluente ozônio e da razão calculada a partir das concentraçõesmédias de dióxido e monóxido de nitrogênio (NO 2 /NO) na Estação Centro (Figura 5.12)torna-se nítido que o comportamento destas variáveis manteve-se praticamenteinalterado, com variações apenas no que se refere a magnitude destas médias. Semexceções, e conforme o esperado, maiores concentrações médias do poluente ozôniocoincidiram com a ocorrência de maiores valores da razão NO 2 /NO.52

1,200,800,400,0025201510501,200,800,400,002520151050dom seg ter qua qui sex sábdom seg ter qua qui sex sábNO2/NOO3NO2/NOO3200020011,200,800,400,00dom seg ter qua qui sex sáb25201510501,200,800,400,00dom seg ter qua qui sex sáb2520151050NO2/NOO3NO2/NOO3200220031,200,802520151,200,802520150,400,0010500,400,001050dom seg ter qua qui sex sábdom seg ter qua qui sex sábNO2/NOO3NO2/NOO320042005Figura 5.12: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio e darazão NO 2 /NO (em µg/m 3 ), na Estação Centro, de acordo com o dia da semana, entre2000 e 2005.53

) Estação JacarepaguáAvaliando a evolução média das concentrações de ozônio, no período entre 2000 e 2005,de acordo com o dia da semana, para a Estação Jacarepaguá, verifica-se, através daFigura 5.13, que o comportamento destas concentrações também revelou maiores valoresde concentração média de ozônio durante os finais de semana, analogamente aoverificado na Estação Centro.Desconsiderando o ano de 2005, observa-se uma considerável variação entre asconcentrações médias do ano 2000 em relação aos outros anos. Percebe-se tambémque, entre 2002 e 2004, a magnitude destas concentrações médias apresentou valoresmuito semelhantes com variação média inferior a 3 µg/m 3 . Também vale ressaltar que osmaiores valores médios encontrados corresponderam ao ano de 2001.2520151050dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.13: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e 2005.Em relação ao comportamento médio das concentrações de NO e NO 2 , de acordo com odia da semana (Figuras 5.14 e 5.15, respectivamente), pode-se verificar que, conforme oesperado, os maiores valores referem-se aos dias úteis, entre segunda e sexta-feira. Emambos os casos, torna-se nítido que as maiores concentrações corresponderam ao anode 2003, enquanto as menores são atribuídas ao ano de 2004, principalmente, no que54

tange as concentrações de monóxido de nitrogênio. A variação média entre estes doisanos registrou valor em torno de 90 µg/m 3 .120100806040200dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.14: Evolução da variação média das concentrações de monóxido de nitrogênio(em µg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e 2005.9080706050403020100dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.15: Evolução da variação média das concentrações de dióxido de nitrogênio (emµg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e 2005.55

Observando as concentrações médias do poluente ozônio, de acordo com o dia dasemana, verifica-se, em analogia ao identificado na Estação Centro, que o domingo, emtodos os anos considerados, foi o dia onde as maiores médias foram encontradas. Emrelação ao monóxido de nitrogênio identificou-se que os maiores valores médios referiamseas terças-feiras, em 2000 e 2001, sextas-feiras, entre 2002 e 2004, e quinta-feira, em2005. No que se refere as maiores valores médios de concentração de dióxido denitrogênio destacam-se as terças-feiras, em 2000, 2001 e 2005, segunda, em 2002,sexta-feira, em 2003 e quinta-feira, no ano de 2004.A relação entre as concentrações médias do poluente ozônio e a razão NO 2 /NO deacordo com o dia da semana, no período entre 2000 e 2005, para a EstaçãoJacarepaguá, está apresentada na Figura 5.16. Através desta, verifica-se que, em média,o perfil destes poluentes permaneceu sem grandes mudanças, com alterações apenas namagnitude destes valores. Entretanto, peculiaridades podem ser observadas no ano de2001 e, principalmente, em 2004 quando as concentrações de dióxido de nitrogênioapresentaram valores superiores às de NO (razão NO 2 /NO superior a 1). Talcomportamento não é usualmente encontrado em estações com grande influência defontes veiculares como é o caso da Estação Jacarepaguá.56

4,00204,00203,00153,00152,00102,00101,0051,0050,00dom seg ter qua qui sex sáb00,00dom seg ter qua qui sex sáb0NO2/NOO3NO2/NOO3200020014,00204,00203,00153,00152,00102,00101,0051,0050,00dom seg ter qua qui sex sáb00,00dom seg ter qua qui sex sáb0NO2/NOO3NO2/NOO3200220034,00204,00203,00153,00152,00102,00101,0051,0050,00dom seg ter qua qui sex sáb00,00dom seg ter qua qui sex sáb0NO2/NOO3NO2/NOO320042005Figura 5.16: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio e darazão NO 2 /NO (em µg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, de acordo com o dia da semana,entre 2000 e 2005.57

c) Estação Nova IguaçuNo que se refere a Estação Nova Iguaçu, considerando a evolução média dasconcentrações de ozônio registradas entre 2000 e 2005, apresentadas, de acordo com odia da semana, na Figura 5.17, pode-se observar, em geral, o mesmo perfil revelado nasanálises referentes a Estação Centro e Jacarepaguá com ocorrência das maiores médiasnos finais de semana.Analisando o comportamento médio do poluente, verifica-se, em média, uma tendência deaumento nos últimos anos. Também é possível identificar uma similaridade entrecomportamento médio, de acordo com o dia da semana, nos anos de 2003 e 2004. Éimportante ressaltar o perfil médio referente ao ano de 2005. Mesmo estando incompletoe não considerando os últimos 6 meses do ano, que abrangem meses como setembro eoutubro, meteorologicamente mais favoráveis a produção de ozônio (grande incidência deradiação solar e pouca nebulosidade), apresentou maiores valores médios deconcentração, principalmente, nos finais de semana.302520151050dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.17: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e 2005.No que tange o perfil médio, de acordo com o dia da semana, das concentrações de NO eNO 2 , ilustrado nas Figuras 5.18 e 5.19, pode-se observar que, em todo o período de58

monitoramento considerado (2000-2005), os maiores valores foram encontrados duranteos dias úteis quando há maior fluxo de veículos. Também é possível identificar grandesvariações no que se refere a magnitude das concentrações de ambos os poluentes. Porexemplo, no que tange as concentrações de monóxido de nitrogênio, verificam-se valoresmédios que variam entre 27,19 µg/m 3 em 2002 e 89,72 µg/m 3 em 2004.120100806040200dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.18: Evolução da variação média das concentrações de monóxido de nitrogênio(em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e 2005.80706050403020100dom seg ter qua qui sex sáb2000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.19: Evolução da variação média das concentrações de dióxido de nitrogênio (emµg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, de acordo com o dia da semana, entre 2000 e2005.59

Novamente, assim como o verificado para as estações Centro e Jacarepaguá, identificaseo domingo, em todos o período considerado, como o dia onde ocorrem as maioresmédias de concentração de ozônio, de acordo com o dia da semana. No que tange omonóxido de nitrogênio, verifica-se que os maiores valores médios de concentração sãoencontrados as segundas-feiras, em 2000, quintas, no ano de 2001, sextas-feiras, em2002 e 2005, terças-feiras, em 2003, e quartas-feiras, em 2004. Já as maiores valoresmédios de concentração de dióxido de nitrogênio foram encontradas as terças-feiras, em2000, quintas-feiras, em 2001 e 2003, sextas-feiras, no ano de 2002 e no de 2005, equartas-feiras, em 2004.A Figura 5.20 ilustra, de acordo com o dia da semana, a relação entre as concentraçõesmédias do poluente ozônio e a razão de seus precursores (NO 2 /NO), de 2000 à 2005, naEstação Nova Iguaçu. Variações no perfil médio dos poluentes, bem como na magnitudede suas concentrações, podem facilmente ser observados através desta. Dentre asestações apresentadas, a Estação Nova Iguaçu foi a que apresentou o comportamentomenos linear apesar de também revelar o padrão já detectado para as outras estaçõescom maiores concentrações dos óxidos de nitrogênio (valores mais baixos da razãoNO 2 /NO) e menores valores de concentrações de ozônio entre as segundas e sextasfeiras.Uma importante peculiaridade observada corresponde ao ano de 2002 quando asconcentrações de dióxido de nitrogênio foram bem superiores às de monóxido denitrogênio (comportamento inverso ao verificado para o ano de 2004). Nos outros anosconsiderados, a diferença entre os valores de concentrações destes foi menor sendo osníveis de NO ligeiramente superiores.60

3,002,001,000,00dom seg ter qua qui sex sáb3025201510503,002,001,000,00dom seg ter qua qui sex sáb302520151050NO2/NOO3NO2/NOO3200020013,002,502,001,501,000,500,00dom seg ter qua qui sex sáb3025201510503,002,001,000,00dom seg ter qua qui sex sáb302520151050NO2/NOO3NO2/NOO3200220033,002,001,000,00dom seg ter qua qui sex sáb3025201510503,002,001,000,00dom seg ter qua qui sex sáb302520151050NO2/NOO3NO2/NOO320042005Figura 5.20: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio e darazão NO 2 /NO (em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, de acordo com o dia da semana,entre 2000 e 2005.61

d) Estação Belford RoxoA evolução média das concentrações de ozônio, de acordo com o dia da semana,registrada na Estação Belford Roxo, nos anos de 2004 e 2005, segue apresentada naFigura 5.21. Analogamente ao observado nas demais estações, verifica-se umcomportamento com maiores valores de concentração média de ozônio durante os finaisde semana quando a razão NO/NO 2 é menor. Observa-se também pouca variação entreas concentrações médias registradas em 2004 e 2005. Vale relembrar que ambos osanos não se apresentam completos.48464442403836343230dom seg ter qua qui sex sab2004 2005Figura 5.21: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) na Estação Belford Roxo, de acordo com o dia da semana, em 2004 e 2005.Apresentado na Figura 5.22, o perfil médio das concentrações de dióxido de nitrogênio ,de acordo com o dia da semana, revela, conforme o esperado, maiores valores duranteos dias úteis quando é registrado maior fluxo de veículos. Também é possível identificarmenores valores de concentração média correspondentes ao ano de 2005.62

4543413937353331292725dom seg ter qua qui sex sab2004 2005Figura 5.22: Evolução da variação média das concentrações de dióxido de nitrogênio (emµg/m 3 ) na Estação Belford Roxo, de acordo com o dia da semana, em 2004 e2005.Analogamente ao verificado anteriormente para as outras estações consideradas nesteestudo, o domingo apresentou-se como o dia onde foram registradas as maioresconcentrações médias de ozônio, de acordo com o dia da semana. Já as maioresconcentrações médias de dióxido de nitrogênio corresponderam à sexta-feira, em 2004, eà quinta-feira, no ano de 2005.A relação entre as concentrações médias de ozônio e de dióxido de nitrogênio, de acordocom o dia da semana, nos anos de 2004 e 2005, na Estação Belford Roxo, estãoapresentadas na Figura 5.23. Vale relembrar que a estação em questão não monitora asconcentrações de NO impedindo o cálculo da razão NO 2 /NO que foi realizado para asdemais estações. Pequenas alterações no comportamento médio destes poluentes, assimcomo na magnitude de suas concentrações, são observados através desta. Umapeculiaridade revelada nesta estação é a similaridade na magnitude das concentraçõesde O 3 e NO 2 . Nas demais estações, a concentração dos precursores foi superior, emtodos os casos, às concentrações do poluente ozônio. Tal comportamento não foiverificado para a estação em questão.63

45504045404535403540303530dom seg ter qua qui sex sab3525dom seg ter qua qui sex sab30NO2O3NO2O320042005Figura 5.23: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) e de dióxido de nitrogênio na Estação Belford Roxo, de acordo com o dia dasemana, em 2004 e 2005.5.4 Comportamento médio horárioO comportamento médio horário das concentrações do poluente ozônio registradas entre2000 e 2005 segue apresentado na Figura 5.24. Através desta, observa-se a grandesimilaridade entre os perfis médios horários de todas as estações consideradas commaiores valores sendo registrados no período da tarde, entre 13:00 e 15:00, poucas horasapós o horário onde é registrada a máxima incidência de radiação solar. Esse atraso emrelação ao máximo corresponde ao tempo que as reações que formam a molécula deozônio levam para ocorrer. Durante a noite, as concentrações do poluente ozônioregistram uma rápida redução, principalmente, por conta da deposição seca na superfíciee às perdas com as reações químicas (por exemplo, o consumo da molécula de ozônioatravés da reação com a molécula do monóxido de nitrogênio). Como não há incidênciade radiação solar neste período, não há formação de novas moléculas de ozônio e aconcentração do poluente tende a cair de forma brusca. Entretanto, nas estações Centro,Jacarepaguá e Nova Iguaçu, entre 04:00 e 05:00, pode-se verificar um ligeiro aumentodas concentrações durante a madrugada. O transporte de poluentes de outras regiõespode justificar esse comportamento e deverá ser avaliado ainda neste capítulo. Contudo,existe a possibilidade de que este aumento corresponda a um residual de ozônio deixadopelo equipamento após a autocalibração do equipamento que sempre é realizada à meianoite todos os dias. Essa teoria é reforçada pelo fato de que o mesmo comportamento64

não é observado na Estação Belford Roxo, única estação que apresenta diferença natecnologia de amostragem.807060504030201001ª hora3ª hora5ª hora7ª hora9ª hora11ª hora13ª hora15ª hora17ª hora19ª hora21ª hora23ª horaCentro Jacarepaguá Nova Iguaçu Belford RoxoFigura 5.24: Variação Média Horária do poluente Ozônio (em µg/m 3 ) considerando operíodo entre 2000 e 2005.No que tange o comportamento médio das concentrações de monóxido de nitrogênio,apresentado na Figura 5.25, observa-se um perfil similar em todas as estaçõesconsideradas com dois picos de concentração, um pela manhã (entre 08:00 e 09:00) e osegundo à noite (entre 19:00 e 22:00), provavelmente associados ao tráfego de veículosque ocorre nas vias próximas as localidades onde estas estão instaladas. Vale ressaltar adiferença média entre os pontos de concentração máxima da Estação Centro (muito maiorpela manhã do que à noite).65

2502001501005001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23Centro Jacarepaguá Nova IguaçuFigura 5.25: Variação Média Horária do monóxido de nitrogênio (em µg/m 3 ) considerandoo período entre 2000 e 2005.A similaridade encontrada entre o perfil médio horária da concentração dos poluentes O 3e NO não pode ser identificada através da avaliação média horária no que se refere aodióxido de nitrogênio (observar Figura 5.26). Dentre as estações, a Estação Centro, NovaIguaçu e Belford Roxo apresentaram 2 picos de concentrações, analogamente aoverificado para o caso do monóxido de nitrogênio, porém, com alguma defasagem queserá melhor discutida na análise de cada estação individualmente. Já a EstaçãoJacarepaguá revelou um padrão que não apresentou decréscimo das concentrações noperíodo da tarde. É importante salientar que, como os óxidos de nitrogênio atuam naformação da molécula de ozônio, espera-se que as concentrações de NO e NO 2 sejammenores quando as concentrações de O 3 são máximas.66

807060504030201001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Centro Jacarepaguá Nova Iguaçu Belford RoxoFigura 5.26: Variação Média Horária do dióxido de nitrogênio (em µg/m 3 ) considerando operíodo entre 2000 e 2005.Assim como realizado para a avaliação da variação média das concentrações do poluenteozônio e dos óxidos de nitrogênio, de acordo com o dia da semana, também serãoapresentadas análises individuais, relacionando o perfil das concentrações médiashorárias dos poluentes O 3 , NO e NO 2 , bem como do comportamento deste no períodoentre o ano de 2000 e o ano de 2005.a) Estação CentroO mesmo comportamento, observado na avaliação do perfil médio horário (Figura 5.24),também pode ser identificado na Figura 5.27 onde estão apresentadas as curvas deconcentração média do poluente ozônio, por ano, de acordo com a hora do dia. Atravésdesta, verifica-se que as menores concentrações médias de ozônio correspondem aoshorários onde as máximas concentrações de monóxido de nitrogênio são verificadas(observar Figura 5.28). Já as maiores concentrações médias horárias do poluente, emtodos os anos, foram encontradas às 15:00 horas, poucas horas depois do horário demáxima incidência de radiação solar. À noite, sem produção pela não ocorrência dasreações fotoquímicas, as concentrações caem rapidamente. Outro importante fatoverificado em estações muito próximas a vias de tráfego com intenso fluxo de veículos,67

que também pode ser identificado nesta análise, é a tendência de valores deconcentração muito baixo durante o período noturno.40353025201510501 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 232000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.27: Evolução da variação média horária das concentrações do poluente ozônio(em µg/m 3 ) na Estação Centro, entre 2000 e 2005.A variação média horária das concentrações de monóxido de nitrogênio, considerando operíodo entre o ano 2000 e o ano de 2005, ilustrada na Figura 5.28, também não revelousignificativas variações ao longo dos últimos anos. Nos seis anos de monitoramento daqualidade do ar considerados neste estudo foram observados dois picos de concentraçãosempre associados a intensificação do tráfego de veículos na região. O primeirocorresponde ao período da manhã, entre sete e nove horas, e o segundo durante à noite,entre 21:00 e 22:00 horas.68

3002502001501005001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.28: Evolução da variação média horária das concentrações do poluentemonóxido de nitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Centro, entre 2000 e 2005.Apesar de apresentar pequenas variações ao longo dos anos, o comportamento médiohorário das concentrações de dióxido de nitrogênio, apresentadas na Figura 5.29, emgeral, manteve o mesmo padrão com dois picos de concentração. O primeiro, pelamanhã, entre 11:00 e 12:00, ocorre poucas horas após a hora onde as máximasconcentrações de NO são detectadas e o segundo é registrado entre 19:00 e 20:00.Também é válido destacar que, desconsiderando o ano de 2005, as maioresconcentrações médias, de acordo com a hora do dia, do poluente ozônio e de monóxidode nitrogênio corresponderam ao ano de 2004 enquanto as maiores médias de dióxido denitrogênio foram encontradas em 2000.69

90807060504030201001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.29: Evolução da variação média horária das concentrações do poluente dióxidode nitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Centro, entre 2000 e 2005.A relação entre as concentrações médias horárias do poluente ozônio e a razão NO 2 /NO,de acordo com o ano, revelou perfis similares e sem grandes alterações (observar Figura5.30). O comportamento médio horário da razão NO 2 /NO revelou dois picos deconcentração. Um durante a madrugada, entre 4 e 5 horas, no mesmo horário que seobserva uma ligeira elevação das concentrações de ozônio e o outro, durante a tarde,entre uma ou duas depois da hora quando os maiores valores de O 3 são verificados. Emmédia, entre 07:00 e 12:00, os valores de concentração de monóxido de nitrogênioalcançam valores 2 vezes superiores as concentrações de dióxido de nitrogênio. Essecomportamento é compatível com os resultados em estações localizadas próximo a viasde tráfego com grande fluxo de veículos na Região Metropolitana de São Paulo (CETESB,2002).Vale ressaltar que o pico de concentração de ozônio tende a ocorrer entre três e quatrohoras depois que as máximas concentrações de dióxido de nitrogênio são registradas (emgeral, entre 10:00 e 12:00), às 15:00. Nesse horário também observam-se as mínimasconcentrações de NO e de NO 2 . No final da tarde e início da noite, as concentrações dosóxidos de nitrogênio sobem ligeiramente enquanto as concentrações de ozônioapresentam uma queda brusca.70

1,401,201,000,800,600,400,200,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2340353025201510501,401,201,000,800,600,400,200,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 234035302520151050NO2/NOO3NO2/NOO3200020011,401,201,000,800,600,400,200,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2340353025201510501,401,201,000,800,600,400,200,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 234035302520151050NO2/NOO3NO2/NOO3200220031,401,201,000,800,600,400,200,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2340353025201510501,401,201,000,800,600,400,200,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 234035302520151050NO2/NOO3NO2/NOO320042005Figura 5.30: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) e da razão NO 2 /NO na Estação Centro, de acordo com a hora do dia, entre 2000 e2005.71

) Estação JacarepaguáA variação média horária das concentrações de ozônio podem ser observadas na Figura5.31. Em geral, o perfil médio não apresentou significativas alterações. De 2000 a 2002,verificou-se que o pico de concentração do poluente correspondeu às 14:00. Entretanto, apartir de 2003, as máximas foram encontradas as 13:00. A magnitude destasconcentrações também apresentou alterações ao longo dos anos. Analisando ocomportamento médio horário, os anos de 2003 e 2004 aparecem com as maioresconcentrações máximas, conforme já foi identificado através da avaliação anual.40353025201510501 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 232000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.31: Evolução da variação média horária das concentrações do poluente ozônio(em µg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, entre 2000 e 2005.A Figura 5.32 contém o perfil médio horário das concentrações de monóxido de nitrogênioregistradas entre 2000 e 2005. Observam-se dois picos de concentração, um pelamanhã, entre oito e nove horas, e outro à noite, referente às médias das 20:00 e 21:00.Esses máximos de concentração podem ser associados ao tráfego de veículosautomotores na região do entorno da estação. Vale destacar que apenas nos anos de2000 e 2001 as concentrações médias no período da manhã foram superiores as doperíodo da noite. Outro ponto interessante é que, até o ano de 2002, as concentraçõesmáximas à noite foram sempre verificadas às 21:00 enquanto, a partir de 2003, observousemaiores valores às 20:00.72

1601401201008060402001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.32: Evolução da variação média horária das concentrações de monóxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, entre 2000 e 2005.Observando a Figura 5.33, nota-se que o perfil médio de dióxido de nitrogênio, de acordocom a hora do dia, revelam máximas concentrações durante à noite. O comportamentomédio apresentou valores de concentração aumentando com as horas do dia, exceto em2000 e 2001 quando as concentrações de dióxido de nitrogênio apresentaram perfilsimilar ao observado na Estação Centro com dois picos sendo registrados durante o dia: oprimeiro, no final da manhã (11:00 e 12:00, respectivamente), e o segundo, menor, à noite(às 19:00).1201008060402001 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.33: Evolução da variação média horária das concentrações de dióxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Jacarepaguá, entre 2000 e 2005.73

Apresentada na Figura 5.34, a relação entre as concentrações médias horárias dopoluente ozônio e a razão obtida a partir das concentrações de dióxido de nitrogênio e asde monóxido de nitrogênio, de acordo com o ano, para a Estação Jacarepaguá, revelouvariações no perfil médio, principalmente, no que se refere a magnitude das variáveisconsideradas. Em geral, o poluente ozônio apresentou um comportamento similar emtodos os anos considerados. O mesmo não pode ser observado quando as médias dosóxidos de nitrogênio foram avaliadas, principalmente, no que se refere a curva do ano de2001, onde as concentrações de dióxido de nitrogênio chegaram a superar as demonóxido de nitrogênio em até 3 vezes.Comparando com o comportamento da razão NO 2 /NO observado na Estação Centro,verifica-se que valores baixos ocorrem em um intervalo de tempo menor. Em geral,menores valores da razão NO 2 /NO duram entre 3 e 4 horas durante a manhã e, depoisdesse período, verifica-se que, com exceção nos 2003 e 2005, as concentrações de NO 2atingem valores maiores do que as de NO. De acordo com a CETESB (2002), essecomportamento era mais observado em estações menos expostas ao tráfego de veículos.74

3,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23353025201510503,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2335302520151050NO2/NO2000O3NO2/NO2001O33,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23353025201510503,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2335302520151050NO2/NOO3NO2/NOO3200220033,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23353025201510503,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2335302520151050NO2/NOO3NO2/NOO320042005Figura 5.34: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) e da razão NO 2 /NO na Estação Jacarepaguá, de acordo com a hora do dia, entre2000 e 2005.75

c) Estação Nova IguaçuO perfil médio horário das concentrações de ozônio, registradas na Estação Nova Iguaçu,entre 2000 e 2005, está apresentado na Figura 5.35. Uma mudança no comportamentomédio, a partir do ano de 2003, pode ser observada claramente. Além do aumento damagnitude destas concentrações, também foi possível verificar um adiantamento dohorário onde as máximas concentrações são registradas. Em 2000, 2001 e 2002, o picode concentração de ozônio correspondeu aos horários de 15:00 e 16:00. Já a partir de2003, foram verificadas maiores concentrações entre 13:00 e 14:00.60504030201001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.35: Evolução da variação média horária das concentrações do poluente ozônio(em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, entre 2000 e 2005.Observando o perfil médio horário das concentrações de monóxido de nitrogênio,ilustrado na Figura 5.36, verifica-se, em geral, um comportamento similar comdiscordância apenas em relação aos horários onde as concentrações máximas foramencontradas. Foram identificados dois picos de concentração: um pela manhã, entre08:00 e 09:00, e outro à noite, entre 20:00 e 21:00.76

2001801601401201008060402001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.36: Evolução da variação média horária das concentrações de monóxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, entre 2000 e 2005.O perfil médio das concentrações de dióxido de nitrogênio, de acordo com a hora do dia,revela significativas variações de comportamento em função do ano do monitoramento(observar Figura 5.37). Nos anos de 2001, 2002 e 2003, verifica-se um comportamentosimilar ao observado na Estação Centro com dois picos de concentração (pela manhã,entre 09:00 e 10:00, e à noite, entre 20:00 e 21:00). Contudo, em 2000, 2004 e 2005,observa-se apenas um pico de concentração encontrado as 17:00 (2000 e 2004) e as20:00 (2005).1201008060402001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 242000 2001 2002 2003 2004 2005Figura 5.37: Evolução da variação média horária das concentrações de dióxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Nova Iguaçu, entre 2000 e 2005.77

As alterações verificadas nas análises por poluente também podem ser observadasatravés da relação entre as concentrações médias do poluente ozônio e da razãoNO 2 /NO, de acordo com a hora do dia, entre 2000 e 2005. Dentre todas as estaçõesconsideradas, a Estação Nova Iguaçu foi a que apresentou uma maior variabilidade nocomportamento da razão NO 2 /NO ao longo dos últimos anos. A Figura 5.38 torna nítida,principalmente, a variação do comportamento do dióxido de nitrogênio correspondente aoano de 2002 quando foram detectadas concentrações de NO 2 até 12 vezes superiores àsde NO. Também vale ressaltar que, em 2002, apenas às 09:00 foram detectados valoresde NO ligeiramente maiores do que os de dióxido de nitrogênio. Esse perfil não énormalmente observado em estações de monitoramento diretamente expostas ao fluxo deveículos. Nos demais anos, o período no qual as baixas concentrações foramidentificadas variou entre 5 e 6 horas durante as manhãs (entre 06 e 11 horas da manhã)concordando com o perfil encontrado em estações localizadas muito próximas a vias detráfego de veículos de fluxo intenso (CETESB, 2002).78

3,532,521,510,501 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23504030201003,503,002,502,001,501,000,500,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2350403020100NO2/NOO3NO2/NOO32000200112,0010,008,006,004,002,000,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23504030201003,53,02,52,01,51,00,50,01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2350403020100NO2/NOO3NO2/NOO3200220033,53,02,52,01,51,00,50,01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23504030201003,53,02,52,01,51,00,50,01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2350403020100NO2/NO2004O3NO2/NO2005O3Figura 5.38: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) e da razão NO 2 /NO na Estação Nova Iguaçu, de acordo com a hora do dia, entre2000 e 2005.79

d) Estação Belford RoxoO comportamento médio horário das concentrações de ozônio registradas na EstaçãoBelford Roxo entre 2004 e 2005 pode ser observado na Figura 5.39. Em geral, foramidentificadas pequenas alterações no que se refere à magnitude das concentrações.Conforme previamente verificado, os maiores valores corresponderam ao ano de 2004.No mais, o comportamento do poluente manteve-se praticamente inalterado.8070605040302010000:0002:0004:0006:0008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:002004 2005Figura 5.39: Evolução da variação média horária das concentrações de ozônio (em µg/m 3 )na Estação Belford Roxo, em 2004 e 2005.Também não foram encontradas grandes alterações no perfil médio das concentraçõesde dióxido de nitrogênio, de acordo com a hora do dia, nos anos de 2004 e 2005. Atravésda Figura 5.40, verifica-se a ocorrência de dois picos de concentração. O primeiro pelamanhã, às 08:00 e 09:00 (em 2004 e 2005, respectivamente), e o segundo, durante noinício da noite, às 18:00 e 19:00. Vale ressaltar que, em ambos os anos considerados, opico de concentração foi superior durante à noite.80

70605040302010000:0002:0004:0006:0008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:002004 2005Figura 5.40: Evolução da variação média horária das concentrações de dióxido denitrogênio (em µg/m 3 ) na Estação Belford Roxo, em 2004 e 2005.Em geral, a relação entre as concentrações médias do poluente ozônio e de dióxido denitrogênio, de acordo com a hora do dia, em 2004 e 2005, também revelaram umcomportamento similar. Vale ressaltar novamente a semelhança da magnitude dasconcentrações destes poluentes que pode ser claramente observada na Figura 5.41. Essecomportamento não é normalmente observado em estações muito próximas a fontesemissoras de grande porte, como vias de tráfego com fluxo intenso ou grandes indústrias.Vale relembrar que a razão NO 2 /NO não foi calculada para a Estação Belford Roxo poisesta não realiza monitoramento das concentrações de monóxido de nitrogênio.81

80604020000:0003:0006:0009:0012:00NO215:0018:00O321:0080604020080604020000:0003:0006:0009:0012:00NO215:0018:00O321:0080604020020042005Figura 5.41: Evolução da variação média das concentrações do poluente ozônio (emµg/m 3 ) e de dióxido de nitrogênio na Estação Belford Roxo, de acordo com a hora do dia,em 2004 e 2005.82

6. Avaliação da relação entre as concentrações de ozônio e de seus precursorescom o transporte advectivoAs condições de dispersão de poluentes estão intimamente relacionadas à direção e avelocidade dos ventos em uma determinada região. Nesse sentido, foram construídas, apartir da base de dados existentes, rosas dos ventos e rosas de poluição correlacionandoa direção e a velocidade dos ventos com as concentrações de ozônio e dos óxidos denitrogênio obtidas através do monitoramento da qualidade do ar realizado em estaçõesalocadas na Região Metropolitana do Rio de Janeiro.a) Estação CentroA predominância do regime de ventos na Estação Centro pode ser observada através daFigura 6.1. Em geral, verifica-se predominância de ventos entre os setores sulsudeste/sudestee, com menor destaque, entre as direções noroeste e oeste-noroeste.Também pode-se ressaltar um alto índice de calmarias que atingiu 13,9% do total deregistros efetuados nos últimos 6 anos.Figura 6.1: Rosa dos Ventos (Estação Centro).83

A caracterização do campo de vento de acordo com o período do dia (madrugada,manhã, tarde e noite) foi efetuada a partir da Figura 6.2. Através desta, verifica-se apredominância do vento nos setores noroeste/oeste-noroeste nas primeiras 12 horas dodia e de sul-sudeste/sudeste entre 13 horas e meia noite. O índice de calmaria atingiualtos valores (23,8%) durante a madrugada. Apenas durante o período da tarde, entre 13e 18 horas, observa-se à ocorrência de condições de ventos fracos com índice inferior a5%.Entre 01 e 06 horasEntre 07 e 12 horasEntre 13 e 18 horasEntre 19 e 00 horasFigura 6.2: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Centro)Observando a rosa de poluição considerando os registros de ozônio e de direção evelocidade dos ventos durante todo o período no qual foi realizado o monitoramento(Figura 6.3) identifica-se a ocorrência de maiores valores de concentração quando o ventoencontra-se no 2° quadrante. Tal comportamento, evidenciado na rosa de poluiçãoconsiderando apenas os dados monitorados entre 13 e 18 horas, está condizente com as84

condições de vento observadas durante à tarde, período no qual as maioresconcentrações do poluente em questão são registradas.Todo o períodoEntre 13 e 18 horasFigura 6.3: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Centro)A Figura 6.4 apresenta as rosas de poluição considerando os registros obtidos durantetodo o dia e considerando apenas os períodos contendo os horários nos quais as maioresconcentrações de NO são observadas. Através desta, torna-se claro que, mesmo duranteà noite quando a predominância dos ventos é de SSE/SE, os picos de concentração demonóxido de nitrogênio ocorrem quando o transporte dos poluentes se dá na direçãoNW/WNW.85

Todo o períodoEntre 07 e 12 horasEntre 19 e 24 horasFigura 6.4: Rosa de Poluição para monóxido de nitrogênio (Estação Centro)De forma análoga, porém não tão nítida, identifica-se, através da Figura 6.5, o mesmocomportamento quando as concentrações de dióxido de nitrogênio foram consideradas.Maiores concentrações de NO 2 também ocorreram quando a dispersão deu-se,principalmente, entre os setores noroeste e oeste-noroeste.86

Todo o períodoEntre 07 e 12 horasFigura 6.5: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Centro)Vale ressaltar que o comportamento evidenciado através destas análises indica que otransporte dos óxidos de nitrogênio, importantes precursores da formação do poluenteozônio, ocorre, preferencialmente, com direção do vento noroeste indicando acontribuição predominante de emissões provenientes do tráfego de veículos automotoresna região (observar Figura 6.6). A predominância dos ventos nos setores SSE/SE/ESEobservada na rosa de poluição para o ozônio também pode indicar contribuição deemissões atmosféricas provenientes do aeroporto Santos Dumont e de fontes móveisexistentes naquela determinada área.87

Transporte dosprecursoresTransporte doPoluente OzônioFigura 6.6: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com o lançamentodos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio (Estação Centro).b) Estação JacarepaguáAvaliando as condições de vento registradas na Estação Jacarepaguá no período entre oano de 2000 e de 2005 (Figura 6.7), observa-se predominância das direções sulsudoeste/sulnas quais também são registradas situações de ventos mais fortes. Emgeral, verifica-se um índice médio de calmaria em torno de 7%.88

Figura 6.7: Rosa dos Ventos (Estação Jacarepaguá)Analisando o regime de vento de acordo com o período do dia, apresentado na Figura6.8, observa-se predominância dos setores N/NNE/NE durante o período entre 01 e 12horas e dos setores S/SSW no restante do dia. Tais condições podem estar associadas àcirculação de brisa terrestre (N/NNE/NE), observada mais claramente durante amadrugada com ocorrência de ventos mais fracos (índice de calmaria mais alto), e debrisa marítima (S/SSW), identificada durante à tarde com registros de ventos maisintensos.89

Entre 01 e 06 horasEntre 07 e 12 horasEntre 13 e 18 horasEntre 19 e 00 horasFigura 6.8: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Jacarepaguá)A Figura 6.9 apresenta as rosas de poluição no que tange as concentrações de ozônioconsiderando todo o período do dia e o período no qual os maiores valores deconcentração do poluente são detectados. Em média, verifica-se uma ligeirapredominância dos ventos de sul e sul-sudoeste quando a análise é feita considerandotodo o período do dia. Contudo, quando apenas o período da tarde foi considerado, épossível observar que as altas concentrações do poluente estão associadas aos ventosdo setor S/SSW, concordando com a rosa dos ventos elaboradas para o mesmo períododo dia.90

Todo o períodoEntre 13 e 18 horasFigura 6.9: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Jacarepaguá)Pode-se observar, através da rosa de poluição no que se refere ao poluente monóxido denitrogênio (Figura 6.10) que o transporte deste, em geral, ocorre de acordo com ocomportamento do vento apresentado na Figura 6.7. Tal comportamento pode indicar acontribuição de fontes emissoras distribuídas a NE e a SW da estação em questão.91

Todo o períodoEntre 07 e 12 horasEntre 19 e 24 horasFigura 6.10: Rosa de Poluição para monóxido de nitrogênio (Estação Jacarepaguá)O mesmo comportamento também pode ser identificado através da rosa de poluiçãoconsiderando o dióxido de nitrogênio ilustrada na Figura 6.11. Em média, foramidentificadas maiores concentrações provenientes das direções S-SSW onde os ventossão mais intensos. Contudo, considerando apenas o período da manhã, quando os picosde concentração de NO 2 são verificados, nota-se uma maior contribuição dascomponentes NNE-NE.92

Todo o períodoEntre 07 e 12 horasFigura 6.11: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Jacarepaguá)A distribuição das possíveis fontes de emissão de poluentes atmosféricos que contribuempara o lançamento dos precursores e para a formação do poluente ozônio está ilustradana Figura 6.12. As condições meteorológicas, no que tange ao campo de vento para aEstação Jacarepaguá, indicam a contribuição de emissões atmosféricas provenientes defontes fixas e móveis localizadas na Zona Norte e de parte dos bairros do Município doRio de Janeiro de Jacarepaguá e da Barra da Tijuca sobre os níveis de concentração deozônio e de seus precursores, os óxidos de nitrogênio, na região.Transporte dosprecursores(pela manhã)Transporte doPoluente OzônioFigura 6.12: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com olançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio (EstaçãoJacarepaguá).93

c) Estação Nova IguaçuA rosa dos ventos construída considerando os registros de direção e velocidade dosventos obtidos através do METAR do aeroporto do Galeão pode ser observado através daFigura 6.13. Verifica-se, então, uma ligeira predominância de ventos entre os setores sulsudeste/lestee, em menor proporção, entre as direções norte e norte-nordeste. Tambémidentifica-se um índice de calmarias igual a 10,7% do número total de registrosconsiderados.Figura 6.13: Rosa dos Ventos (Estação Nova Iguaçu)A variação do campo de vento em função do período do dia, ilustrado na Figura 6.14,revela significativas alterações no que tange a direção predominante. Durante amadrugada, verifica-se uma ligeira predominância de ocorrência de vento entre os setoresSSE/E com percentual de calmaria superior a 14,5%. Pela manhã, entre 07 e 12 horas,este índice atinge o valor de 17,0%, com uma ligeira predominância de vento da direçãoNorte. Apenas durante o período da tarde e da noite, entre 13 e 24 horas, observa-se aocorrência de índices inferiores a 8% com ventos provenientes das direções SE e SSE.94

Entre 01 e 06 horasEntre 07 e 12 horasEntre 13 e 18 horasEntre 19 e 00 horasFigura 6.14: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Nova Iguaçu)A rosa de poluição referente ao poluente ozônio durante todo o período no qual foirealizado o monitoramento (Figura 6.15) revela a ocorrência de maiores valores deconcentração quando a direção do vento encontra-se, principalmente, entre os setoresleste e sudeste. Considerando apenas os dados monitorados entre 13 e 18 horas, umcomportamento similar pode ser observado.95

Todo o períodoEntre 13 e 18 horasFigura 6.15: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Nova Iguaçu)Na Figura 6.16 são apresentadas as rosas de poluição no que tange as concentrações demonóxido de nitrogênio para todo o período do dia e apenas os períodos contendo oshorários nos quais as maiores concentrações de NO são observadas. Através desta,torna-se claro que, durante a noite, a predominância dos ventos é de SSE-E,concordando com a rosa de poluição média para todo o período do dia. Contudo, pelamanhã, os picos de concentração do poluente em questão ocorrem quando o arraste dospoluentes se dá, predominantemente na direção norte.96

Todo o períodoEntre 07 e 12 horasEntre 19 e 24 horasFigura 6.16: Rosa de Poluição para monóxido de nitrogênio (Estação Nova Iguaçu)Um comportamento similar pode ser identificado através da Figura 6.17 que apresenta arosa de poluição considerando as concentrações de dióxido de nitrogênio. Maioresconcentrações de NO 2 , em média, ocorreram de acordo com a direção do ventopredominante registrada na região. Já durante o período da manhã, quando asconcentrações do poluente são máximas, verifica-se que as maiores concentraçõesocorre, principalmente, associadas a ventos da direção norte.97

Todo o períodoEntre 07 e 12 horasFigura 6.17: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Nova Iguaçu)Analisando a Figura 6.18, verifica-se que a contribuição das emissões atmosféricasprovenientes de fontes fixas e móveis localizadas na Zona Norte do Município do Rio deJaneiro e de fontes alocadas nos municípios de Queimados, Japeri e Nova Iguaçu no quese refere às concentrações dos óxidos de nitrogênio sobre as concentrações do poluenteozônio, registrados na Estação Nova Iguaçu.Transporte dosprecursores(pela manhã)Transporte doPoluente OzônioFigura 6.18: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com olançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio (EstaçãoNova Iguaçu).98

d) Estação Belford RoxoA rosa dos ventos construída a partir dos registros de direção e velocidade dos ventos naEstação Belford Roxo pode ser observada através da Figura 6.19. Em média, verifica-sepredominância dos ventos entre os setores SW-WSW e, em menor proporção, entre asdireções ENE-NE. Também identifica-se um índice percentual de 23% de condições decalmarias.Figura 6.19: Rosa dos Ventos (Estação Belford Roxo)Analisando o campo de vento de acordo com o período do dia (observar Figura 6.20), épossível verificar a predominância do vento entre as direções sudeste e leste-nordestedurante a madrugada. O índice de calmaria neste período atinge valor próximo a 50% dototal de registros considerados. Pela manhã, o percentual de ventos fracos cai pelametade e a direção dos ventos passa a oscilar entre as direções NE-ENE e SW. Durantea tarde, observa-se a ocorrência de ventos mais fortes e predominância dos ventos entreos setores SW e WNW. À noite, o índice de calmaria volta a subir e a direção dos ventos,em média, varia nas direções WSW-SW e NE.99

Entre 01 e 06 horasEntre 07 e 12 horasEntre 13 e 18 horasEntre 19 e 00 horasFigura 6.20: Rosa dos Ventos de acordo com a hora do dia (Estação Belford Roxo)A rosa de poluição considerando os registros de concentração do poluente ozônio e dedireção e velocidade dos ventos durante todo o período no qual foi realizado omonitoramento pode ser observado na Figura 6.21. Através desta, verifica-se que osmaiores valores de concentração são encontrados quando o vento predominante é dadireção sudoeste. Este comportamento é claramente verificado quando foramconsiderados apenas os registros obtidos no período entre 13 e 18 horas. Vale ressaltarque a direção SW foi caracterizada por ocorrência de ventos mais fracos.100

Todo o períodoEntre 13 e 18 horasFigura 6.21: Rosa de Poluição para o poluente ozônio (Estação Belford Roxo)Avaliando a rosa de poluição para o dióxido de nitrogênio ilustrada na Figura 6.22,observa-se, em média, o mesmo comportamento quando as concentrações do poluenteozônio foram consideradas. Entretanto, considerando apenas o período no qual asmaiores concentrações de NO 2 são registradas, verifica-se a predominância,principalmente, dos ventos de nordeste e leste-nordeste. A direção SW também pode serdestacada em ambas as rosas de poluição.Todo o períodoEntre 07 e 12 horasFigura 6.22: Rosa de Poluição para dióxido de nitrogênio (Estação Belford Roxo)A Figura 6.23 apresenta a avaliação das possíveis contribuições de emissõesatmosféricas sobre as concentrações do poluente ozônio e dos óxidos de nitrogênio101

egistrados na Estação Belford Roxo. A direção predominante na qual o transporte dosprecursores é realizado, durante o período manhã, indica a contribuição, em maior escala,de fontes móveis e fixas localizadas nos municípios de Belford Roxo e Duque de Caxias.Quanto ao transporte do poluente ozônio, destaca-se uma contribuição dos municípios deNilópolis e Mesquita, além de parte da Zona Norte do Rio de Janeiro. Também é possívelverificar a influência do setor noroeste, no caso do transporte do poluente ozônio, e dossetores leste e sudoeste no caso da advecção de dióxido de nitrogênio.Transporte dosprecursores(pela manhã)Transporte doPoluente OzônioFigura 6.23: Avaliação das possíveis fontes de emissão que contribuem com olançamento dos óxidos de nitrogênio e para a formação do poluente ozônio (EstaçãoBelford Roxo).102

7. Análise da Base de Dados Meteorológicos e de Qualidade do Ar utilizando aTécnica de “Data Mining”Nesse capítulo serão apresentados os resultados das análises estatísticas do banco dedados referente a Estação Belford Roxo. O período de monitoramento utilizado foi de 13de março de 2004 a 10 de setembro de 2005. Foram consideradas como variáveis asconcentrações dos poluentes ozônio e dióxido de nitrogênio, assim como os seguintesparâmetros meteorológicos: direção e velocidade dos ventos, radiação solar total eultravioleta, precipitação pluviométrica, pressão atmosférica, temperatura do ar e umidaderelativa. Além das metodologias tradicionais foram empregadas técnicas de “data mining”,ou mineração de dados, para complementar a extração do conhecimento através dosdados armazenados nessa base de dados. É importante destacar que os maiores índicesde correlação, em todas as simulações apresentadas neste capítulo pouco ultrapassaramo valor de 0,6 (salvo a correlação entre as componentes da radiação total e ultravioletaque revelam correlações superiores a 0,95). Mesmo a correlação entre variáveisaltamente correlacionadas como radiação, temperatura e umidade, não apresentaramvalores muito superiores a este índice.É importante ressaltar que seria muito importante para a realização de estudosenvolvendo a qualidade do ar no que tange as concentrações de ozônio, a utilização dedados de concentração dos poluentes monóxido de nitrogênio e dos compostos orgânicosvoláteis (COVs), com base na cinética das reações químicas (observar Capítulo 2).7.1 Análises considerando o banco de dados completo:Analisando a matriz de correlação apresentada na Figura 7.1, quando a correlação linearentre as concentrações de ozônio e as demais variáveis, observa-se em destaque acorrelação negativa com a umidade relativa do ar (-0,530). Também, é importanteressaltar a correlação positiva entre o poluente ozônio e a radiação solar total (+0,474),temperatura do ar (+0,459), radiação solar ultravioleta (+0,450) e a velocidade do vento(+0,289). Dentre as variáveis restantes, apenas hora do dia e a direção do ventoapresentaram índice de correlação superiores a 0,1 (+0,178 e +0,116, respectivamente).103

Outro ponto a ser discutido é o baixo índice de correlação entre as concentrações dedióxido de nitrogênio e as concentrações de ozônio (-0,095). Tal fato pode ser umindicativo de que as concentrações de O 3 registradas na Estação Belford Roxo não estãorelacionadas a emissão local de precursores, ou seja, tanto os precursores como opróprio poluente ozônio podem estar sendo advectados de outras regiões. Essa deduçãoconcorda com os resultados observados no Capítulo 6 quando foi destacado que operíodo no qual as maiores concentrações do poluente ozônio são registradas, entre 13 e18 horas, apresentou, em média, valores de velocidade do vento mais intensa. Ainda deacordo com o Capítulo 6, pode-se destacar que as direções SW e NW estão associadasàs máximas concentrações de ozônio nesse período. Essas observações indicam aimportância do estudo integrado dos bancos de dados referentes às estações demonitoramento da qualidade do ar na região, objetivando um melhor entendimento dosmecanismos que contribuem para os níveis de ozônio em uma região (advecção eprodução/destruição local).Em relação aos índices de correlação entre as concentrações de dióxido de nitrogênio eas demais variáveis, pode-se destacar a correlação com a radiação solar ultravioleta (-0,327), a radiação solar total (-0,320) e a hora do dia (+0,314).Com relação a análise da correlação negativa entre as concentrações do poluente ozônioe dos registros de umidade relativa do ar, verifica-se que diferentes mecanismoscinéticos podem ocorrer de acordo com a presença ou não dos compostos orgânicosvoláteis (COVs) na atmosfera (Seinfeld, 1998). O primeiro seria a inibição da formaçãodo ozônio em situações de atmosfera com alta umidade, o que justificaria os índicessignificativos de correlação negativa entre o ozônio e a umidade relativa (UR) . Nesseprocesso pode ocorrer reação da molécula de água com o oxigênio atômico, quepotencialmente poderia formar moléculas de ozônio.O segundo mecanismo ocorre quando há presença de compostos orgânicos voláteis(COVs) na atmosfera. Nessa situação pode ocorrer destruição do ozônio troposférico,devido a reação com radicais peroxila formados através das sucessivas rotas de reaçãoda molécula de vapor d’água na atmosfera, novamente justificando os significativosíndices de correlação. Outro mecanismo cinético associado a presença dos COVs podepossibilitar a amplificação da produção do ozônio, devido a reação do radical peroxila com104

o óxido de nitrogênio para formar dióxido de nitrogênio, que numa segunda etapa, podeformar o poluente ozônio. Essa rota de reação química, conduzindo a produção doozônio, deveria resultar em índice de correlação positivo entre o ozônio e a UR, o que nãofoi observado no estudo.Além da análise dos mecanismos cinéticos, outra explicação para o comportamentoidentificado para o índice de correlação pode estar associado à resposta da URincidência de radiação solar, onde menores índices de umidade na superfície podem estarrelacionados aos horários do dia com maior fluxo de radiação e, consequentemente,maior formação de ozônio. No entanto, avaliando a Figura 7.1, nota-se que ao índice decorrelação negativo do ozônio com a umidade relativa é ligeiramente mais alto do que oíndice de correlação positivo com a radiação solar total e ultravioleta.Para complementar a discussão sobre essa questão, outras análise serão feitas comauxílio das técnicas de componentes principais e agrupamentos (dendograma), emconjunto com geração de um banco de dados com defasagem nas series temporais daradiação solar total e ultravioleta.105

Figura 7.1: Matriz de correlação considerando o banco de dados completo.Considerando o banco de dados completo foi realizada uma Análise de ComponentesPrincipais (ACP), que objetiva a redução do número de variáveis de um determinadoproblema e que permite determinar quais variáveis, ou conjunto destas, seriamnecessárias para explicar a maior parte da variabilidade do conjunto de dados. As trêscomponentes principais extraídas foram:Componente 1 – 71,84% (71,84%)Componente 2 – 25,27% (97,80%)Componente 3 – 1,20% (99,00%)106

Os valores apresentados correspondem ao percentual do banco de dados “explicado” porcada uma das componentes extraídas, ou seja, as componentes 1 e 2, por si só, explicam97,80% do banco de dados considerados. Apenas 1% dos dados não pode serrepresentado pelas três componentes extraídas.Cada componente principal é composta pela combinação linear de um subconjunto,representativo de um determinado comportamento comum à todas variáveis que ocompõem, e que podem ser definidas como linearmente dependentes. Ou seja, no casoda concentração do O 3 , representada na Figura 7.3, podemos perceber que a suavariabilidade pode ser explicada em parte pela combinação das variáveis que formam acomponente principal 1. No entanto, grande parte da sua variabilidade não estálinearmente associada as três componentes principais, ficando classificada como umacomponente residual. Tal fato pode estar associado à ausência de outras variáveisdiagnósticas no banco de dados, como os compostos orgânicos voláteis, o monóxido denitrogênio e mesmo informações referentes a outros pontos de monitoramento.Possivelmente, tais variáveis poderiam complementar a explicação da variabilidade do O 3 ,compondo uma nova componente principal.Observando a distribuição das componentes principais (Figura 7.2 e 7.3), verifica-se que acomponente 1 encontrada na ACP (em vermelho), que apresentou umarepresentatividade de 71,8%, está presente em todas as variáveis com menor destaquenas variáveis referentes as concentrações de O 3 e a umidade relativa. A segundacomponente principal também está presente em quase todas as variáveis, exceto nasconcentrações do poluente ozônio. Comparando a distribuição das componentesprincipais na variável ozônio percebe-se a ocorrência apenas das componentes 1 eresidual. Cabe destacar que a componente residual está presente de forma maissignificativa somente nessa variável, nas concentrações de dióxido de nitrogênio e naumidade relativa do ar (Figura 7.3). Também é importante ressaltar que a componenteresidual aparece nas variáveis que não têm seu ciclo de variabilidade bem representadopelos demais parâmetros descritos pelas componentes 1 e 2. Em outras palavras,componente residual estará presente nas variáveis que tem parte de sua variabilidadedesassociada do comportamento termodinâmico da atmosfera. Tal comportamento eraesperado, uma vez que as variáveis descritas pelas CP 1 e 2 fazem parte de um mesmosistema termodinâmico e a concentração de poluentes não pertence diretamente a este107

sistema, apesar de ser influenciada por ele. A única exceção das variáveis atmosféricasfoi a umidade relativa do ar que também apresentou uma componente residualsignificativa.Figura 7.2: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dados.108

Figura 7.3: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dados emdetalhe. Onde: o vermelho representa a componente 1, o azul a componente 2, o rosa a 3e o verde o resíduo.No dendograma apresentado na Figura 7.4 observa-se em destaque a radiação solar totale a direção do vento que apresentaram um alto grau de dissimilaridade (observar o eixo Ydo dendograma). Em relação às concentrações de ozônio, verifica-se uma ligação maispróxima com as concentrações de NO 2 , a temperatura do ar e a umidade relativa do ar.Tal observação revela que estas variáveis possuem dissimilaridades parecidas, ou seja,seus ciclos, amplitudes, variabilidades e, até possivelmente sua natureza podem sersemelhantes. Através desta análise também foi possível observar que as variáveisreferentes a pressão atmosférica, precipitação e velocidade do vento não revelaramsignificativa relação com as concentrações de ozônio, ou melhor, tais variáveismeteorológicas apresentaram dissimiladades semelhantes formando “clusters”, ouagrupamentos, que diferem dos formados pelas concentrações dos poluentes e a UR.109

Figura 7.4: Dendograma dos Componentes Principais nas variáveis do banco de dadoscompleto.7.2 Análise considerando apenas os dados gerados durante o período comincidência de radiação solarComo apresentado no Capítulo 2, a formação da molécula de ozônio se dá a partir dereações químicas mediante a ação da radiação solar e de oxidações fotoquímicas. Dessaforma, serão considerados neste caso, apenas os registros referentes ao período do diacom incidência de radiação solar. A matriz de correlação calculada a partir deste novobanco de dados pode ser observada na Figura 7.5. Avaliando a relação entre asconcentrações de ozônio e as demais variáveis e comparando-as aos resultadosapresentados quando se considerou o banco de dados completo foi possível verificar umaligeira diminuição dos índices de correlação com a umidade relativa (-0,479), temperaturado ar (+0,439), radiação solar total e ultravioleta (+0,346 e +0,384).A diminuição destes índices de correlação pode ser justificada quando observa-se o perfilmédio destas variáveis. As concentrações de ozônio, a temperatura do ar e ambas as110

componentes da radiação solar apresentam queda nos valores observados durante operíodo noturno, enquanto a umidade relativa registra comportamento inverso (comaumento dos valores à noite). Tal diferença foi mais significativa no caso da radiaçãosolar, parâmetro que, durante a noite, apresenta, de forma evidente, uma forte correlaçãocom as concentrações de ozônio, já que ambas as variáveis revelam valores próximos azero. É importante ressaltar também o ligeiro aumento da correlação entre asconcentrações do poluente ozônio e a hora do dia (+0,284). É válido destacar que, nestecaso, as variáveis correspondentes à hora do dia e a velocidade do vento foram as queapresentaram, em geral, algum aumento nos índices de correlação com, praticamente,todas as variáveis consideradas. A hora do dia, por exemplo, passou a ser relativamentebem correlacionada com a umidade relativa (-0,466), a temperatura do ar (+0,422) e avelocidade dos ventos (+0,404). Este último parâmetro também apresentou maioresíndices de correlação com a temperatura do ar (+0,358) e com as concentrações de NO 2(-0,310), além das variáveis identificadas anteriormente.Ainda em relação às concentrações de dióxido de nitrogênio também foi possível observarum ligeiro aumento nos índices de correlação com a radiação solar ultravioleta (-0,406), aradiação solar total (-0,387), a temperatura do ar (-0,346) e a umidade relativa (+0,338).Vale ressaltar que os índices de correlação entre as concentrações de NO 2 e ambas ascomponentes da radiação solar revelaram valores superiores aos verificados entre asconcentrações de O 3 e as mesmas variáveis, corroborando a ocorrência do processo defotodissociação na região.Outra discussão gerada a partir destes resultados, refere-se aos índices de correlaçãoentre a velocidade dos ventos e as concentrações de ozônio e de dióxido de nitrogênio.No caso da correlação com as concentrações de ozônio, foram verificados, em todas assimulações realizadas valores positivos, indicando que maiores valores de concentraçãosão alcançados com maiores valores de velocidade do vento enquanto que, para asconcentrações de NO 2 , observa-se o contrário (maiores valores quanto menor é avelocidade do vento). Tais resultados podem ser um indicativo de que as concentraçõesde dióxido de nitrogênio registradas na Estação Belford Roxo são, de fato, produzidas naregião de entorno, próxima à estação. O mesmo não pode ser dito das concentrações deozônio que parecem estar relacionadas ao transporte de precursores e do próprio ozônioprovenientes de outras regiões. Esse comportamento condiz com os resultados111

apresentados no Capítulo 6. É importante relembrar que as máximas concentrações deozônio são registradas no período do dia em que os ventos são mais intensos enquantoos picos de concentrações de NO 2 são verificados em condições de ventos mais fracos. Oíndice de calmaria, durante a manhã, por exemplo, atinge valor superior a 20% dosregistros e, à tarde, este valor não ultrapassa 1,0% dos dados considerados.Com relação à direção do vento, a análise da sua correlação com as concentrações de O 3possui pouco significado estatístico, tendo em vista que essas concentrações estãorelacionadas com a incidência do vento somente nos quadrantes SW e NW, comoobservado no Capítulo 6. Para uma análise mais relevante entre essas grandezas podeser utilizada a técnica de regras de associação, como apresentado em CARVALHO et al(2004).112

Figura 7.5: Matriz de Correlação considerando apenas registros referentes ao períodoquando há incidência de radiação solar.A ACP realizada a partir do novo banco de dados revelou as três componentes principaisapresentadas abaixo. Vale destacar que as componentes 1 e 2, por si só, explicariam98,71% da série de registros considerados.Componente 1 – 85,98% (85,98%)Componente 2 – 12,73% (98,71%)Componente 3 – 0,63% (99,34%)113

A distribuição das componentes principais de acordo com as variáveis está apresentadanas Figuras 7.6 e 7.7. Através desta, pode-se identificar que a componente 1 encontradana ACP (em vermelho) está presente em todas as variáveis. A componente 2 tambémpode ser encontrada em todas as variáveis, com exceção da referente às concentraçõesde ozônio, descrita pela componente 1 e pela componente residual. À componente 3foram associadas a umidade relativa, as concentrações de dióxido de nitrogênio, adireção do vento, radiação solar ultravioleta e a precipitação. Vale ressaltar que,novamente, a componente residual foi encontrada apenas nas concentrações de O 3 eNO 2 e, em menor escala, na UR.Figura 7.6: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dadosconsiderando apenas registros referentes ao período do dia com incidência de radiaçãosolar.114

Figura 7.7: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dadosconsiderando apenas registros referentes ao período do dia com incidência de radiaçãosolar, em detalhe.Com base na análise do dendograma, apresentado na Figura 7.8, pode-se destacarnovamente a grande dissimilaridade da radiação solar total e da direção do vento, assimcomo a pequena relação do subconjunto formado pela precipitação e pela velocidade dovento. Contudo, a partir da consideração dos registros efetuados apenas durante operíodo do dia com incidência de radiação solar, foi possível verificar que asconcentrações de ozônio foram agrupadas com a umidade relativa do ar e asconcentrações de dióxido de nitrogênio, por sua vez, relacionadas aos dados detemperatura do ar. Tal resultado difere ligeiramente da análise anterior quando asconcentrações de ozônio e de dióxido de nitrogênio formaram um sub-conjunto isolado. Arelação entre a temperatura e as concentrações de dióxido de nitrogênio, assim comoentre a umidade relativa do ar e as concentrações de ozônio também tornaram-se maisnítidas.115

Figura 7.8: Dendograma considerando apenas registros referentes ao período do dia comincidência de radiação solar.7.2.1 Análises considerando as séries de interesse defasadas:Complementando o presente estudo, as séries temporais das variáveis que apresentamum ciclo diurno facilmente observável (radiação solar, temperatura do ar, umidade relativae dióxido de nitrogênio) foram avaliadas objetivando identificar a necessidade dareestruturação do banco de dados com base na defasagem dessas séries em relação àsérie dos demais parâmetros.Em média, conforme verificado no Capítulo 5, as maiores concentrações de ozônio naEstação Belford Roxo são registradas às 13 horas enquanto as maiores concentrações dedióxido de nitrogênio correspondem, durante à noite, às 19:00 horas e, durante o dia, às09:00. É importante ressaltar o papel da advecção neste caso. O pico de concentração dedióxido de nitrogênio que é monitorado às 19 horas acontece, em média, 18 horas antesdo horário no qual as máximas concentrações de ozônio são medidas sendo,provavelmente, transportadas com o vento para outras regiões. Dessa forma, as116

concentrações de NO 2 , durante a noite, não devem ser as responsáveis pela formaçãolocal das moléculas de ozônio que são registradas no início da tarde, exceto em situaçõesde calmaria que durem o bastante para tal acontecimento. Logo, considera-se apenas queo pico de concentração registrado, durante o dia, às 09:00, possa estar relacionado àsconcentrações de ozônio monitoradas à tarde. Por conseguinte, a série de NO 2 serádefasada em quatro horas.O perfil médio das variáveis meteorológicas citado acima pode ser observado através dasFiguras 7.9 e 7.10. Verifica-se que os maiores valores médios de temperatura e osmenores valores médios de umidade relativa do ar ocorrem às 13 horas, simultaneamenteao horário onde, em geral, as máximas concentrações de O 3 são registradas. Já aradiação solar apresenta pico de intensidade média ao meio dia. Dessa forma, dentre osparâmetros meteorológicos apenas as séries referentes à radiação solar total e à radiaçãosolar ultravioleta serão defasadas em 1 hora.29272523211917150002040608101214161820221009080706050141210864200002040608101214161820226005004003002001000TemperaturaURRadiação UVRadiação TotalFigura 7.9: Perfil médio diário da temperaturado ar e da Umidade Relativa na EstaçãoBelford Roxo.Figura 7.10: Perfil médio diário da radiaçãosolar total e ultravioleta na Estação BelfordRoxo.a) Defasando a série de NO 2 em 4 horasMantendo a defasagem de 4 horas evidenciada através do Capítulo 5 foi obtida uma novamatriz de correlação. A comparação entre os resultados obtidos anteriormente, sem adefasagem e com a defasagem de 4 horas, considerando apenas os dados referentes aoperíodo diurno, podem ser observados na Tabela 7.1. Através desta, torna-se claro que,em geral, os maiores índices de correlações das concentrações de NO 2 , principalmente,117

no que tange a radiação solar UV e total, temperatura do ar e umidade relativa, foramobtidas quando foi considerado o período diurno sem defasagem. É válido enfatizar que aqueda dos índices de correlação entre estas variáveis foi bastante significativa,principalmente, no que tange a umidade relativa e a temperatura do ar. A única exceção,neste caso, foi à correlação com as concentrações de ozônio, que revelou resultadoligeiramente superior ao encontrado anteriormente. Vale ainda destacar que este aumentono índice de correlação entre as concentrações de O 3 e NO 2 revelou resultadossignificativos. É importante ressaltar que um teste acrescentando variáveiscorrespondentes às concentrações de dióxido de nitrogênio defasadas progressivamentede hora em hora (de NO 2 +1 a NO 2 +24) foi efetuado. A partir deste, verificou-se que omaior índice de correlação entre estas variáveis foi obtido quando as concentrações dedióxido de nitrogênio foram defasadas em 17 horas (+0,317). Tal resultado, nãoobservado com clareza no Capítulo 6, pode estar relacionado a influência do transporteadvectivo na região.Tabela 7.1: Comparação dos índices de correlação entre as concentrações de dióxido denitrogênio sem e com defasagem em 4 horas, considerando apenas os registrosefetuados durante o período diurno.Variáveis NO 2NO 2 defasadoem 4 horasHora do dia-0,03 -0,034Precipitação 0,006 0,013Pressão 0,101 0,028Temperatura -0,346 -0,05UR 0,338 -0,013Rad Solar UV -0,406 0,147Rad Solar Total -0,387 0,117Dir Vento 0,1 -0,054Vel Vento -0,31 -0,013Ozônio -0,085 0,139Através do cálculo das componentes principais foi possível identificar a seguintedistribuição das componentes, que revelou resultado muito similar ao verificado na análiseconsiderando apenas os dados registrados durante o período de incidência de radiaçãosolar.118

Componente 1 – 85,98% (85,98%)Componente 2 – 12,77% (98,75%)Componente 3 – 0,60% (99,35%)A partir da distribuição das componentes principais, de acordo com as variáveis, ilustradanas Figuras 7.11 e 7.12, verifica-se um comportamento similar ao identificado na análiseanterior. Novamente, a componente 1 apareceu em todas as variáveis. O mesmo, comexceção as variáveis referentes às concentrações de ozônio e de dióxido de nitrogênio,também foi verificado avaliando a componente 2. A variabilidade das concentrações dospoluentes considerados são descritas apenas pelas componentes 1 e residual, o quedifere das análises anteriores, principalmente no que diz respeito a distribuição dascomponentes principais no NO 2 .Figura 7.11: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dadosconsiderando apenas registros referentes ao período do dia e defasagem da série deconcentrações de NO 2 de 4 horas.119

Figura 7.12: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dadosconsiderando apenas registros referentes ao período do dia e defasagem da série deconcentrações de NO 2 de 4 horas, em detalhe.Através da análise do dendograma, ilustrado na Figura 7.13, pode-se destacar oagrupamento das variáveis concentração de ozônio e umidade relativa e dasconcentrações de dióxido de nitrogênio com a temperatura do ar. O agrupamento revelaque, conforme discutido anteriormente, tais variáveis apresentam ciclos, amplitudes evariabilidades semelhantes. Assim como o apresentado anteriormente, altos índices dedissimilaridade foram verificados para a radiação solar total e a direção do vento. Deforma oposta, baixos valores de dissimilaridade foram encontrados na pressãoatmosférica, na precipitação e na velocidade dos ventos.120

Figura 7.13: Dendograma considerando apenas registros referentes ao período do dia edefasagem da série de concentrações de NO 2 de 4 horas com incidência de radiaçãosolar.b) Defasando a série de radiação solar total e ultravioleta em 1 horaA comparação entre os resultados de correlação obtidos considerando o banco de dadoscontendo apenas os registros referentes ao período diurno com e sem a defasagem de 1hora, no que tange as variáveis radiação solar total e radiação solar ultravioletas, pode serobservada nas Tabelas 7.2 e 7.3. O comportamento de ambos os parâmetros foi bastantesimilar, de acordo com o esperado. Em geral, foi verificado um ligeiro aumento nosíndices de correlação que registraram os maiores valores quando a defasagem das sériesde radiação solar total e ultravioleta em 1 hora foi considerada.121

Tabela 7.2: Comparação dos índices de correlação entre a radiação solar total sem e comdefasagem de 1 hora e as demais variáveis considerando as simulações contendo obanco de dados completo e apenas o período diurno.Variáveis Radiação TotalRadiação Totaldefasada em 1 horaHora do dia-0,052 -0,021Precipitação -0,068 -0,047Pressão -0,063 -0,082Temperatura 0,525 0,595UR -0,558 -0,643Rad Solar UV 0,969 0,967Dir Vento -0,098 -0,014Vel Vento 0,206 0,305NO 2 -0,387 -0,464Ozônio 0,384 0,452Tabela 7.3: Comparação dos índices de correlação entre a radiação solar ultravioleta seme com defasagem de 1 hora e as demais variáveis considerando as simulações contendoo banco de dados completo e apenas o período diurno.VariáveisRadiação UVRadiação UVdefasada em 1 horaHora do dia -0,058 -0,031Precipitação -0,064 -0,041Pressão -0,059 -0,084Temperatura 0,503 0,6UR -0,525 -0,639Rad Solar Total 0,969 0,967Dir Vento -0,095 -0,004Vel Vento 0,223 0,334NO 2 -0,406 -0,512Ozônio 0,347 0,429122

As componentes principais identificadas a partir da nova ACP foram:Componente 1 – 86,38% (86,38%)Componente 2 – 12,39% (98,77%)Componente 3 – 0,60 (99,37%)A distribuição das componentes principais de acordo com as variáveis pode serobservada através das Figuras 7.14 e 7.15. Através desta, é possível verificar que acomponente 1 foi encontrada em todas as variáveis consideradas por este estudo. Já acomponente 2 foi identificada apenas nos parâmetros meteorológicos, com exceção dahora do dia, enquanto a componente 3 apareceu apenas nas variáveis correspondentesas concentrações de dióxido de nitrogênio e a umidade relativa do ar. Vale ressaltar que opoluente ozônio foi descrito pelas componentes 1 e residual. A componente residualtambém foi encontrada na variável referente às concentrações de dióxido de nitrogênio,concordando com os resultados apresentados anteriormente.Figura 7.14: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dadosconsiderando apenas registros referentes ao período do dia e defasagem da série deradiação solar total e ultravioleta de 1 hora com incidência de radiação solar.123

Figura 7.15: Distribuição das componentes principais nas variáveis do banco de dadosconsiderando apenas registros referentes ao período do dia e defasagem da série deradiação solar total e ultravioleta de 1 hora com incidência de radiação solar, em detalhe.A Figura 7.16 apresenta o dendograma construído considerando o banco de dados comapenas os registros referentes ao período do dia, com defasagem das séries de radiaçãosolar total e ultravioleta em 1 hora. De forma análoga ao apresentado na análise anterior,pode-se destacar o agrupamento entre as concentrações de ozônio e a umidade relativado ar. Este subconjunto também mostrou-se relacionado as concentrações de NO 2 que,por sua vez, foi agrupado com a temperatura do ar. Vale relembrar que resultadosrelacionando estas variáveis também foram encontrados por meio das matrizes decorrelação e da Análise de Componentes Principais.124

Figura 7.16: Dendograma considerando apenas registros referentes ao período do diacom defasagem das séries de radiação solar total e ultravioleta em 1 hora.125

8. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕESA avaliação das concentrações de ozônio e dos óxidos de nitrogênio monitoradas naRMRJ entre 2000 e 2005 possibilitou a identificação do comportamento da concentraçãodos poluentes segundo diversas escalas de tempo como as médias anuais, mensais, deacordo com o dia da semana e a hora do dia.Em relação as concentrações médias anuais de ozônio ao longo dos últimos 6 anosverificou-se um aumento na magnitude destes valores, em todas as estaçõesconsideradas. Dentre estas, até o ano de 2003, a Estação Nova Iguaçu foi a queapresentou a maior variabilidade e os maiores valores médios. Entretanto, a partir de2004, a Estação Belford Roxo passou a apresentar valores de concentração ainda maiselevados. Vale ressaltar que, apesar da localização das estações consideradas serdesfavorável à detecção de altas concentrações de ozônio, por conta da proximidade comvias de tráfego intenso, todas as estações revelaram a ocorrência de violações ao padrãode qualidade do ar estabelecido pela Resolução CONAMA 03/90.No que se refere aos óxidos de nitrogênio, verificou-se uma grande variabilidade nosvalores médios de NO, com destaque para a Estação Centro. O mesmo comportamentotambém foi destacado para as concentrações de NO2, principalmente, no que se refereas Estações Jacarepaguá e Nova Iguaçu). A comparação entre o perfil médio da razãoentre as concentrações de dióxido de nitrogênio e as de monóxido de nitrogênio (NO 2 /NO)com as concentrações de ozônio revelou algumas similaridades, particularmente, no quetange o comportamento registrado na Estação Nova Iguaçu.Analisando o comportamento médio mensal das concentrações de ozônio foi possívelobservar que, em geral, os maiores valores correspondem ao período entre os meses deagosto e fevereiro enquanto os menores valores são registrados de março a julho. Asimilaridade entre os perfis médios identificados nas Estações Centro e Jacarepaguáindicou a influência predominante de fontes móveis nestas estações uma das causasdesta semelhança.126

A avaliação do perfil médio das concentrações de ozônio e dos óxidos de nitrogênio, deacordo com o dia da semana, revelou um comportamento similar em todas as estaçõesconsideradas. Maiores valores médios de concentração de O 3 foram observadas duranteos finais de semana (sábados e domingos) enquanto os óxidos de nitrogênioapresentaram maiores valores durante os dias úteis, quando o tráfego de veículos é maisintenso. A explicação para a ocorrência de maiores valores médios de concentração deO 3 durante os finais de semana deve-se à diminuição da concentração do poluente NO e,em particular, ao aumento da relação da razão da concentração dos poluentes NO 2 /NO,diminuindo as taxas de consumo de ozônio devido à reação com o poluente monóxido denitrogênio.O comportamento médio horário das concentrações de ozônio também revelou umagrande similaridade entre os perfis médios horários de todas as estações consideradascom a ocorrência de valores elevados sendo registrados no período entre 13:00 e 15:00,poucas horas após o horário onde é verificada a máxima incidência de radiação solar. Noperíodo noturno, as concentrações de ozônio registram uma rápida diminuição,principalmente, por conta da deposição seca na superfície e às perdas com as reaçõesquímicas. Como não há incidência de radiação solar durante a noite, não há formação denovas moléculas de ozônio e a concentração do poluente tende a cair de forma brusca.No que tange o comportamento médio horário das concentrações dos óxidos denitrogênio identificou-se um perfil similar em todas as estações consideradas com picosde concentração pela manhã e durante a noite, provavelmente associados ao tráfego deveículos.Por meio da análise das rosas dos ventos e rosas de poluição foi possível identificar,juntamente com os dados do inventario de emissões atmosféricas para a RMRJ (FEEMA,2002), quais seriam as fontes que mais contribuiriam para as concentrações de ozônio epara as concentrações dos óxidos de nitrogênio registradas nas estações consideradas.Para a Estação Centro foi indicada a contribuição de emissões atmosféricas do aeroportoSantos Dumont e de fontes móveis existentes naquela área. Em Jacarepaguá, verificousea contribuição de emissões provenientes de fontes fixas e móveis localizadas na ZonaNorte e de parte dos bairros de Jacarepaguá e da Barra da Tijuca. Na Estação NovaIguaçu foi identificada à contribuição das emissões de fontes fixas e móveis localizadasna Zona Norte e nos municípios de Queimados, Japeri e Nova Iguaçu. Um127

comportamento similar também foi verificado para a Estação Belford Roxo ondeidentificou-se a contribuição de fontes móveis e fixas localizadas em municípios daBaixada Fluminense e de parte da Zona Norte do Rio de Janeiro.Através das análises com a técnica de Data Mining, realizadas com o banco de dadosreferentes ao monitoramento para a Estação Belford Roxo, foi possível destacar a relaçãoentre as concentrações dos poluentes e determinadas variáveis meteorológicas. Aavaliação das matrizes de correlação revelou, em todas as simulações consideradas,índices que pouco ultrapassaram o valor de 0,6, excetuando a correlação entre ascomponentes da radiação total e ultravioleta que apresentaram valores superiores a 0,95.Até mesmo a correlação entre parâmetros altamente relacionados como a radiação,temperatura e umidade relativa, não revelaram índices muito superiores a este valor.Dessa forma, pode-se dizer que os índices de correlação obtidos entre as concentraçõesde poluentes e determinados parâmetros meteorológicos, como os obtidos entre asconcentrações de ozônio e a temperatura, umidade relativa do ar e a radiação solar,revelaram valores significativos.Durante este estudo, quatro simulações, contendo variações do banco de dados utilizado,foram realizadas. As etapas para a realização deste, foram constituídas pela construçãode matrizes de correlações, dendogramas e da análise de componentes principais paracada uma destas simulações. Por meio destas, foi destacada a correlação negativa entreas concentrações de O3 e a UR, assim como, as correlações positivas com a radiaçãosolar total, ultravioleta, e a temperatura do ar. A relação entre as concentrações de O3 e aUR também foi identificada pelas ACP e os dendogramas apresentados. A ligação com asconcentrações de NO2 (não evidenciada através das matrizes de correlação) e atemperatura do ar também obtiveram destaque.Os melhores resultado encontrados corresponderam ao banco de dados contendo osregistros referentes ao período diurno com defasagem de 1 hora, das variáveis radiaçãosolar total e radiação solar ultravioleta. A partir deste, pode-se verificar umcomportamento bastante similar com um ligeiro aumento nos índices de correlação. Osresultados verificados através da avaliação da distribuição das componentes principaisrevelaram que a componente residual foi utilizada para a descrever as variáveisreferentes às concentrações de dióxido de nitrogênio e de ozônio enquanto a componente128

3 apareceu nas concentrações de NO 2 e na umidade relativa do ar. De forma análoga, odendograma destacou o agrupamento entre as concentrações de ozônio e a umidaderelativa do ar. Este subconjunto também mostrou-se relacionado as concentrações deNO 2 que, por sua vez, foi agrupado com a temperatura do ar. Vale destacar, que segundoSeinfeld (1998), para as regiões de baixas latitudes e altitudes há uma forte influência daumidade relativa do ar sobre o processo de destruição do ozônio, principalmente devido àreação da molécula da água com o oxigênio atômico, resultando na formação do radicalhidroperoxila e na posterior formação do radical peroxila, que apresenta reatividade com oozônio. Dessa forma, notamos que a técnica de mineração de dados permitiu identificarum importante mecanismo cinético que está presente na atmosfera da RMRJ. Aidentificação da relação entre os altos níveis de ozônio, sob condições de baixa umidade,pode ser utilizado como mecanismo de previsão e alerta de possíveis violações dospadrões de qualidade do ar relativo a este poluente.Como continuação deste trabalho, a partir da aplicação de técnicas de mineração dedados, propõe-se a realização de um estudo integrando os dados de monitoramento daqualidade do ar e das condições meteorológicas referentes a todas as estações presentesna RMRJ. A utilização de modelos de regras de associação que possibilitem uma análisemais abrangente da relação entre as concentrações do poluente e de seus precursorescom a direção do vento, também, apresenta-se como proposta para estudos futuros.Outra questão que deverá ser estudada futuramente envolve a avaliação do porque adefasagem das concentrações de NO 2 em 17 horas revelou-se melhor correlacionada asmaiores concentrações de ozônio registradas na Estação Belford Roxo. Neste caso, seráanalisada a advecção e a possibilidade do transporte do dióxido de nitrogênio estarsendo transportado para outras regiões e depois retornar como ozônio, devido ascaracterísticas de circulação da região, fortemente influenciada pelos regimes de brisamarítima e terrestre.Por fim, a partir da realização deste estudo, foi possível identificar a necessidade deinvestimentos na atual rede de monitoramento contemplando a amostragem doscompostos orgânicos voláteis, fundamentais no processo de formação da molécula deozônio. O redimensionamento da rede de monitoramento englobando a implantação deestações em áreas expostas a diferentes tipologias de emissão também seria de grandevalia para o real diagnóstico da qualidade do ar no Estado do Rio de Janeiro.129

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