Medição e modelação do aerossol atmosférico em Cabo Verde

Abstract

O arquipélago de Cabo Verde situa-se na margem Oriental do Atlântico Norte, a cerca de 500 km da Costa Ocidental de África. Dada a sua localização geográfica, dentro da principal área de transporte de poeira sobre o Atlântico tropical e perto da costa africana, é uma região com particular interesse para a realização de estudos sobre as poeiras minerais do Sahara e da região do Sahel. Neste trabalho foi efectuada a caracterização das concentrações de matéria particulada em Cabo Verde com base nas observações dos primeiros cinco meses do corrente ano. Pretendeu-se identificar as potenciais proveniências da matéria particulada, tendo em vista a avaliação da importância do transporte a longa distância de poeiras do deserto do Sahara na qualidade do ar. Para tal recorreu-se à integração de várias técnicas e ferramentas de medição, mas também de modelação atmosférica e de detecção remota. As medições in situ por diferentes amostradores revelaram uma elevada concordância entre si. Janeiro e Fevereiro foram os meses mais críticos, apresentando as concentrações mais elevadas do período em análise, onde as médias diárias de PM10 e PM2.5 aproximaram-se de 300 e 120 μg/m3, respectivamente. Só neste período verificaram-se 25 e 24 dias de excedências para PM10 e PM2.5 respectivamente, de acordo com os valores-guia da OMS. A avaliação da distribuição por tamanhos das PM revela o predomínio da fracção grosseira (PM2.5 – 10) para a massa de PM10. As elevadas concentrações relacionam-se com os ventos de Nordeste e Nornordeste, tendo-se identificado três eventos característicos de bruma seca, cuja duração tem uma média de dois a quatro dias. A análise de retrotrajectórias confirma que as elevadas concentrações em Cabo Verde estão associadas a massas de ar com passagem sobre o Sahara. Foi aplicado o modelo de simulação de emissão e transporte de poeiras minerais (DREAM) para Cabo Verde. Observou-se, pela análise estatística quantitativa, que as concentrações à superfície de PM10 entre o modelo e as medições (Grimm) têm uma tendência similar de variação ao longo do tempo. O modelo subestima as concentrações de PM10 especialmente durante a sucessão de elevadas concentrações. A espessura óptica de aerossóis simuladas pelo DREAM demonstrou também ter uma tendência temporal análoga à observada pela AERONET, no entanto a correlação, quer com os dados da AERONET quer com os dados do MODIS, revelou-se reduzida. Ainda assim, o modelo teve algumas simulações para AOD próximas das observadas por detecção remota. Os dados de AOD têm uma tendência temporal semelhante às concentrações de PM medidas à superfície, com excepção do mês de Maio, em que as concentrações de PM à superfície foram baixas mas o AOD para a coluna vertical foi elevado indicando o transporte de poeiras em camadas da atmosfera mais elevadas. A qualidade do ar em Cabo Verde, em termos de matéria particulada, depende fortemente dos eventos de poeira Sahariana e seu transporte.

The archipelago of Cape Verde is located on the eastern North Atlantic, about 500 km from the West Coast of Africa. Its geographical location, inside the main area of dust transport over tropical Atlantic and near the coast of Africa, is a region ideally for studies of mineral dust from the Sahara and the Sahel region. This work was carried out to characterize the concentrations of particulate matter in Cape Verde based on the first five months in the current year. We attempted to identify potential sources of particulate matter, in order to assess the importance of long-distance transport of dust from Sahara desert in air quality. For this we used the integration of a variety of techniques and measurement tools, but also atmospheric modeling and remote sensing. Measurements in situ for different samples revealed a high agreement among themselves. January and February were the most critical months, with the highest concentrations of the period, where the daily mean PM10 and PM2.5 approached 300 and 120 μg/m3, respectively. On this time there were 25 and 24 days of exceedances for PM10 and PM2.5 respectively, according to the WHO guideline values. The evaluation of the size distribution of PM reveals the predominance of coarse fraction (PM2.5-10) for the mass of PM10. High concentrations are connected to north-east and north-northeast winds, and it was identified three events characteristic of “bruma seca”, whose duration is an average of two to four days. Backward trajectories analysis confirms that the high concentrations in Cape Verde are associated with air masses passing over the Sahara. We applied the DREAM model to predict the emission and transport of mineral dust to Cape Verde. It was observed by quantitative statistical diagnosis, the surface concentrations of PM10 between the model and measurements (Grimm) have a similar trend of variation over the time. The model underestimates the concentrations of PM10 especially during a succession of high concentrations. The aerosol optical depth simulated by DREAM has also demonstrated a similar tendency to that observed by AERONET, however the correlation either with the AERONET data or with MODIS data, proved to be reduced. Still, the model predictions for AOD had some close to the observations by remote sensing. AOD data have a similar trend to the concentrations of PM measurement at the surface, except the month of May, in which the surface concentrations of PM were to low but the AOD to the vertical column was high indicating the transport of dust in the higher layers of the atmosphere. Air quality in Cape Verde, in terms of particulate matter, depends strongly on the events of Saharan dust and its transport.