Desenvolvimento de um sistema de avaliação e previsão da qualidade do ar para Portugal

Doutoramento em Ciências Aplicadas ao AmbienteA urgente necessidade de diagnosticar e prever a qualidade do ar que respiramos foi o mote para a realização deste trabalho e para o desenvolvimento e aplicação de um sistema de modelação a Portugal Continental. O estudo apresentado focalizou-se nos poluentes mais críticos do panorama nacional actual, nomeadamente ozono (O3) e partículas (PM10). O trabalho é iniciado com a caracterização da qualidade do ar, recorrendo aos dados de monitorização existentes. A deficiente cobertura espacial da monitorização da qualidade do ar e a escassez dos dados obtidos em campanhas experimentais, impedem, no entanto, a realização de um diagnóstico real em toda a sua extensão. Para tal, foi aplicado, de 2001 a 2006, um sistema de modelação numérica ao nível nacional. Este sistema integra o modelo meteorológico MM5 e o modelo químico de transporte CHIMERE. O exercício de validação, feito através da comparação entre dados medidos e simulados, permitiu demonstrar que o sistema de modelos tem capacidade para reproduzir correctamente a distribuição espacial e temporal dos poluentes em estudo observada nas várias estações de fundo. A confiança nos resultados do modelo permitiu obter, pela primeira vez, um diagnóstico dos valores de concentração para os vários poluentes gasosos e em fase particulada, para todo o território nacional, e durante um longo período de tempo. Foram identificadas as áreas mais problemáticas em termos de poluição atmosférica e analisado o cumprimento da legislação existente, quer para poluentes gasosos, quer para aerossóis atmosféricos. O ano de 2003 foi estudado separadamente de modo a avaliar o impacto dos incêndios florestais na qualidade do ar. As emissões libertadas durante a queima de biomassa florestal foram estimadas e integradas no processo de modelação. Os resultados revelam a sua importância na degradação da qualidade do ar ambiente. Esta fase de avaliação incluiu ainda a simulação de cenários de emissões futuros, definidos pelo programa Tectos de Emissão Nacional para 2010. Relativamente ao objectivo de previsão da qualidade do ar para Portugal, este envolveu a pesquisa dos vários métodos de previsão disponíveis e utilizados actualmente, tendo sido desenvolvido um modelo estatístico para Lisboa e Porto e adaptado o sistema de modelos MM5-CHIMERE para a previsão sobre Portugal Continental. A sua operacionalização foi iniciada em 2004, esteve sob avaliação durante o período experimental 2005-2006, tendo sido divulgada ao público no início de 2007. A avaliação do desempenho do sistema de previsão revelou uma satisfatória taxa de sucesso para as concentrações de O3 e PM10. Para a divulgação dos resultados foi desenvolvida uma página de Internet, de forma a permitir a visualização do índice de qualidade do ar previsto.The motivation for the present work was the urgent need to diagnose and predict the ambient air quality over Portugal. The study focused on the main critical pollutants affecting the national and European contexts, specifically: ozone (O3) and particulate matter (PM10). The characterization of air quality based on existent monitoring data was the initial step of this work. The deficient spatial coverage of the past and present monitoring network, together with the shortage of experimental campaigns data, limit the performance a real and extended air quality evaluation. In this sense, a numerical modelling system was applied to the 2001-2006 period over the mainland Portugal domain. This system integrates the MM5 meteorological model and the CHIMERE chemistry transport model. The validation exercise was performed by comparing observed and modelled data according to quality assurance/quality control procedures. The modelling system was able to reproduce the correct spatial and temporal distribution of pollutants observed at background stations, supporting the use of model results for air quality research and management purposes. The first gaseous and aerosol pollutant concentration maps were obtained for Portugal over a long-term period. The fulfillment of the legislated limit values was analysed and the most stressed areas were identified. The year 2003 was studied separately in order to evaluate the impact of forest fire emissions on air quality. These emissions were estimated and integrated in the numerical modelling system. The results emphasized the importance of the forest fires on the air quality degradation and the subsequent increase of the limit values exceedances of O3 and PM10. This evaluation phase also included the simulation of future scenarios defined for 2010 by the National Emission Ceilings Programme. The air quality forecast objective begins with research of the available methods to predict air pollutants concentrations. A statistical model was developed for Lisbon and Porto cities, where a sufficient high-density monitoring network exists. Over Portugal, the MM5-CHIMERE modelling system was adapted for operational use. This real-time application began in 2004 and was tested until 2006 for O3 and PM10. The air quality forecast results were made available to the public in early 2007. The operational model performance was evaluated during the experimental period and was successful in predicting the maximum pollutant concentrations. A web page was launched to disseminate information and increase public awareness of the air quality index forecasted