Poluição fotoquímica na costa portuguesa

Abstract

A zona costeira Portuguesa é uma região complexa que se encontra sob a influência, quer de fenómenos naturais, como por exemplo as brisas costeiras, quer da actividade humana. Os estudos anteriormente realizados na Europa e os conhecimentos actuais apontam Portugal, particularmente a zona costeira como uma área crítica onde se prevê que nos próximos anos seja difícil atingir os objectivos de equilíbrio ambiental em relação aos efeitos da poluição fotoquímica [Comissão Europeia, 2000]. Face a esta previsão, neste trabalho desenvolveu-se um estudo sobre a qualidade do ar na zona costeira do Norte de Portugal. Numa primeira fase deste trabalho, no âmbito do Centro das Zonas Costeiras e do Mar (CZCM), durante o Verão de 2001, realizou-se uma campanha experimental simultaneamente em três locais com o objectivo de avaliar o estado actual da qualidade do ar e o papel desempenhado pela circulação atmosférica à mesoescala (brisas costeiras) na produção e distribuição dos poluentes fotoquímicos e dos seus precursores. Assim, verificou-se que as zonas rurais afastadas de fontes de emissão antropogénica no interior podem apresentar um nível de poluição fotoqufmica superior relativamente às zonas urbanas e suburbanas situadas no litoral. Confinnou-se ainda o papel importante das brisas marítimas no transporte e produção dos poluentes fotoquimicos. Por outro lado, a recirculação das massas de ar envelhecido pode ter contribuição forte para o aumento de concentração de poluentes atmosféricos à entrada da costa. A aplicação do modelo HYSPLIT (Hydrid Single-Particle Lagrangian Integral Trajectory Model) mostrou que as circulações à escala sinóptica também podem influenciar, quer a situação da qualidade do ar, quer o desenvolvimento de brisas marítimas. Durante o Verão de 2002, realizou-se uma campanha de medição das concentrações de poluentes (Os e COVs) em altura, até 1000 m, utilizando-se para este efeito um balão cativo, tendo sido adoptadas para amostragem em altitude as técnicas de colheita e medição. Da análise dos perfis verticais de ozono concluiu-se a existência de concentrações mais elevadas acima dos 100 - 300 m da altura, até ao topo de camada limite atmosférica. Os COVs, de modo geral, apresentaram uma diminuição da sua concentração com a altitude. Por conseguinte, os dados experimentais obtidos durante a campanha CZCM- 2001 foram utilizados para a aplicação no modelo de transporte incluindo o mecanismo fotoquímico detalhado MCM3. Constatou-se que os dados obtidos através da simulação apresentaram uma boa concordância com os dados observados. O presente estudo ainda englobou uma análise de sensibilidade do modelo, tendo-se concluido que as concentrações iniciais de poluentes são factores importantes e preponderantes na realização de uma simulação fiável.

The coastal zone of Portugal is a complex region from the point view of air quality control, being affected by natural phenomena, such as coastal breezes, and by human activities. Previous studies performed in Europe and at national level indicate Portugal, and particularly its coastal zone, as a critic region regarding environmental equilibrium, under conditions of photochemical pollution [European Commission, 2000]. It was based on this provision that the study of air quality in the north coast zone of Portugal, presented in this thesis, was carried out. The first part of this work, sponsored by Coastal and Maritime Zone Centre (CMZC), was developed during the summer period of 2001, and consisted of an experimental campaign with simultaneous measurements of air quality levels at three locations of the Portuguese coast oriented in-line with the penetration of sea breezes. This study aimed at evaluating the present air quality situation and the effect of mesoscale atmospheric circulation (coastal breezes) on the production and distribution of photochemical pollutants and their precursors. Thus, it was observed that in rural regions located inland, but reached by sea breezes, the level of photochemical pollution is greater than in urbane and sub-urbane more populated and industrialised locations near the sea. Simultaneously, an important role of maritime breezes on the formation and transport of photochemical pollutants have been confirmed. It could be concluded that re-circulation of aged sea breeze polluted air, transported from land to sea aloft, can contribute significantly to the increase of air pollutant concentrations at coast entrance in each morning, during periods of permanent sea breeze formation during summer. The application of the HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integral Trajectory) model clearly showed that atmospheric circulations on a synoptic scale could influence both, air quality and the development of maritime breezes. During a second summer campaign, in the summer of 2002, the vertical profiles (up to 1000m altitude) of air pollutants (Oy, VOCs) were evaluated during sea breeze periods, using a tethered balloon system. The analysis of vertical profiles showed that ozone concentrations do not decrease with altitude and that a good mixture of photochemical pollutants exists in the sea breeze boundary layer. In some occasions, and principally during early morning, concentrations of ozone at ground level can be lower that at altitudes above 100-300 m. In general, VOCs presented a different behaviour with concentrations decreasing with altitude. The experimental data obtained during the summer campaign CMZC-2001 were used as a database for the application in a chemically detailed photochemical box model (Master Chemical Mechanism - MCM3). The modelling results were in good agreement with experimental data. Additionally, sensitivity analysis with MCM3 revealed that in the present experimental conditions under sea breezes, the initial concentration of air pollutants is a crucial factor influencing the production of ozone episodes in inland rural areas.