Modelação da qualidade do ar regional e urbana em cenário de alteração climática

Doutoramento em Ciências e Engenharia do AmbienteThe better understanding of the interactions between climate change and air quality is an emerging priority for research and policy. Climate change will bring changes in the climate system, which will affect the concentration and dispersion of air pollutants. The main objective of the current study is to assess the impacts of climate change on air quality in 2050 over Portugal and Porto urban area. First, an evaluation and characterization of the air quality over mainland Portugal was performed for the period between 2002 and 2012. The results show that NO2, PM10 and O3 are the critical pollutants in Portugal. Also, the influence of meteorology on O3, NO2 and PM10 levels was investigate in the national main urban areas (Porto and Lisboa) and was verified that O3 has a statistically significant relationship with temperature in most of the components. The results also indicate that emission control strategies are primary regulators for NO2 and PM10 levels. After, understanding the national air quality problems and the influence that meteorology had in the historical air quality levels, the air quality modelling system WRF-CAMx was tested and the required inputs for the simulations were prepared to fulfil the main goal of this work. For the required air quality modelling inputs, an Emission Projections under RCP scenarios (EmiPro-RCP) model was developed to assist the estimation of future emission inventories for GHG and common air pollutants. Also, the current emissions were estimated for Portugal with a higher detailed disaggregation to improve the performance of the air quality simulations. The air quality modelling system WRF/CAMx was tested and evaluated over Portugal and Porto urban area and the results point out that is an adequate tool for the analysis of air quality under climate change. For this purpose, regional simulations of air quality during historical period and future (2045-2050) were conducted with CAMx version 6.0 to evaluate the impacts of simulated future climate and anthropogenic emission projections on air quality over the study area. The climate and the emission projections were produced under the RCP8.5 scenario. The results from the simulations point out, that if the anthropogenic emissions keep the same in 2050, the concentrations of NO2, PM10 and O3 will increase in Portugal. When, besides the climate change effects, is consider the projected anthropogenic emissions the annual mean concentrations of NO2 decrease significantly in Portugal and Porto urban area, and on the contrary the annual mean PM10 concentrations increases in Portugal and decrease in Porto urban area. The O3 results are mainly caused by the reduction of ozone precursors, getting the higher reductions in urban areas and increases in the surrounding areas. All the analysis performed for both simulations for Porto urban area support that, for PM10 and O3, there will be an increase in the occurrence of extreme values, surpassing the annual legislated parameters and having more daily exceedances. This study constitutes an innovative scientific tool to help in future air quality management in order to mitigate future climate change impacts on air quality.A interação entre as alterações climáticas e a qualidade do ar é neste momento um assunto emergente em termos de implementação de políticas e de investigação. As alterações climáticas causarão mudanças no clima, o que irá afetar a concentração e dispersão dos poluentes atmosféricos. Assim, o principal objetivo deste trabalho é avaliar os impactos das alterações climáticas na qualidade do ar em 2050 em Portugal e na área urbana do Porto. Numa primeira fase, realizou-se uma caracterização da qualidade do ar em Portugal para o período de 2002 a 2012, na qual se identificou que os poluentes NO2, PM10 e O3 são os mais críticos em termos de qualidade do ar. Adicionalmente, foi analisada a influência da meteorologia na qualidade do ar para esses três poluentes nas duas maiores áreas urbanas nacionais (Porto e Lisboa), sendo que o O3 é estatisticamente dependente da temperatura na maioria das suas componentes. Após o entendimento dos problemas de qualidade do ar nacionais e da influência da meteorologia nos mesmos, o sistema de modelos WRF-CAMx foi testado e todos os seus dados de entrada foram preparados. As emissões nacionais atuais foram estimadas com maior detalhe de desagregação para melhorar as simulações de qualidade do ar; o modelo de emissões, EmiPro-RCP, foi desenvolvido para estimar as emissões de 2050 tendo em conta os cenários de emissão RCPs. O sistema de modelos WRF-CAMx foi testado e avaliado para Portugal e para a área urbana do Porto, verificando-se que é uma ferramenta adequada para realizar as simulações de qualidade do ar em cenário climático. Realizaram-se simulações regionais com o modelo CAMx versão 6.0, para dois períodos: histórico e futuro (2045-2050), de forma a simular os impactos do clima futuro e das futuras emissões antropogénicas na qualidade do ar para a região de estudo. O cenário climático, bem como as emissões, foram projetadas tendo como base o cenário RCP8.5. Os resultados provenientes das simulações demonstram que, se as emissões antropogénicas se mantiverem constantes em 2050, as concentrações de NO2, PM10 e O3 irão aumentar em Portugal. Quando, aos efeitos das alterações climáticas se juntaram as futuras emissões antropogénicas, verifica-se que as concentrações médias anuais de NO2 irão diminuir e as concentrações médias anuais de PM10 aumentam em Portugal e diminuem na área urbana do Porto. Os resultados de O3 estão relacionados com as variações de concentração dos seus precursores, verificando-se as maiores reduções nas áreas urbanas e os aumentos nas áreas suburbanas. Toda a análise realizada aos dados das simulações para a área urbana do Porto indica que, no caso de PM10 e O3, irá existir um aumento de ocorrência de valores extremos de concentração, ultrapassando os valores legislados de cada poluente. Este estudo constitui uma ferramenta científica inovadora que pode ser relevante para uma futura e cuidada gestão da qualidade do ar, de forma a mitigar os impactes das alterações climáticas na qualidade do ar