Analysis of the Spatial and Temporal Variability of Gases and Particulate Material Concentrations in the São Paulo Metropolitan Region and its Transport to other regions using Satellite Images and Numerical Modeling

Abstract

for giving me the opportunity to show my ability and for passing on much of their knowledge and enthusiasm. Also, thank you for your trust and respect. To all the professors of the Department of Atmospheric Sciences who contributed to the strengthening of my knowledge.I also have special thanks to Janaina and Angel , colleagues, collab-orators and friends, with whom important part of this work was developed and who had the patience to have a look at this thesis. I am very grateful to all my colleagues at IAG-USP, with whom I had the opportunity to learn so much during these years.Esta tese foi escrita em L A T E X com a classe IAGTESE, para teses e dissertações do IAG. ResumoA variabilidade espacial e temporal das concentrações de P M 2.5 , N O x (NO + N O 2 ), CO e O 3 e valores de AOD sobre o sudeste do Brasil foi analisada, utilizando dados medidos próximos da superfície e integrados na coluna atmosférica e simulações do modelo WRF-Chem versão 3.9.1. Sessenta estações de qualidade do ar, quatro estações AERONET, três produtos de satélite e quatro diferentes períodos de simulações (Junho de 2017, Julho de 2018, e Junho e Agosto de 2019) foram considerados para caracterizar a qualidade do ar nesta região. As concentrações dos poluentes atmosféricos de uma estação móvel foram também incluídas para avaliar o impacto do transporte regional dos poluentes atmosféricos gerados na Região Metropolitana de São Paulo (MASP) para áreas vizinhas. As emissões de entrada compreendem emissões veiculares derivadas de um modelo de emissão bottom-up e cálculos on-line de taxas de emissões biogênicas e de queimadas. Para determinar uma configuração do modelo que seja adequada para representar a fotoquímica atmosférica, primeiro avaliamos a capacidade do modelo de reproduzir as condições meteorológicas.Foi encontrada uma boa concordância entre as simulações do modelo e as observações para temperatura (T 2m ) e umidade relativa (RH 2m ) a dois metros de altura, com R > 0.85 na maioria dos períodos. Subestimativas ocorreram para a precipitação acumulada diária devido às limitações do esquema de microfísica de nuvens ou parametrização de cumulus. O modelo apresentou deficiências para representar bem a precipitação local, embora tenha sido capaz de reproduzir padrões de precipitação em escala regional. As concentrações de P M 2.5 , N O x , CO e O 3 simuladas concordaram bem com as variações e tendências temporais observadas, com discrepâncias entre o modelo e as observações devido principalmente às incertezas nos inventários de emissões. Além disso, as simulações de N O 2 , CO e AOD foram comparadas com os produtos de satélite do OMI, MOPPIT e MODIS, respectivamente, obtendo, em geral, coeficientes de correlação entre moderados e altos (0.56 < R < 0.82). As diferenças entre os dados simulados e do satélite estão relacionadas, principalmente, às incertezas dos inventários de emissões e simplificações do modelo de aerossol (para a análise de AOD). Por outro lado, a evolução temporal de CO e P M 2.5 mostrou uma forte dependência da veloci...