Projetos

Projeto Iperó

O Projeto Iperó foi financiado pela FAPESP (Proc. FAPESP No 90/4492-2), "Estudo da camada limite planetária em regiões tropicais e subtropicais: observações e modelagem”). Durante a fase observacional do projeto Iperó foram realizadas 4 campanhas intensivas de medidas de campo, entre 1991 e 1993, cada uma com duas semanas de duração.

O objetivo principal deste projeto é determinar a evolução espacial e temporal da Camada Limite Planetária (CLP) na região de Iperó e o seu impacto nas condições de dispersão de poluentes a curto (< 5 km), médio (5km - 50km) e longo alcance (> 50 km).

Estas informações podem ser utilizadas para o gerenciamento ambiental de áreas ocupadas por instalações nucleares como no caso do Centro Experimental Aramar (CEA) da Marinha do Brasil, existente em Iperó (Figura 1).

A região de Iperó apresenta uma topografia bastante complexa (Figura 2) e o entendimento do controle topográfico sobre as circulações locais e na estrutura da CLP é necessário para prognosticar os efeitos de emissões contínuas ou acidentais na atmosfera.

Campanhas de observação

Durante as campanhas de observação foram utilizados sensores de turbulência tais como anemômetro sônico, higrômetro de kriptônio e termômetro de arame fino, acoplados a uma torre micrometeorológica de 12 m.

Foram utilizados também sensores de radiação solar e terrestre para estimar a evolução temporal do balanço de radiação na superfície, e sensores de temperatura e umidade do solo para determinar as propriedades térmicas e do conteúdo de umidade do solo. Perfis verticais de temperatura, umidade e vento, com alta resolução vertical e temporal, determinados através de balões cativos e radiossondas complementaram as observações de superfície (Figura 3).

Como resultado do projeto, observou-se que, em geral, a CLP da região varia entre 100 e 300 m no período noturno, atingindo cerca de 2000 m no final do período diurno (Oliveira, et al. 1998; Oliveira, 2003). Verificou-se também que o campo do vento na CLP apresenta uma variação diurna cíclica com ventos predominantes do quadrante NW e NE, durante o dia, e SW e SE no período noturno. Além disso, constatou-se a presença de jatos noturno de baixos níveis da ordem de 5-10 m/s, predominantemente de SE e NE.

Do ponto do vista da estrutura da turbulência verificou-se a presença de estruturas coerentes do tipo rampa de temperatura e umidade que contribuindo com mais de 40 % dos fluxos verticais turbulentos de calor sensível e latente (Krusche, 1997; Krusche e Oliveira, 2004). As propriedades espectrais da turbulência desta região também foram determinadas e revelam características similares às de locais planos e homogêneos, com os espectros e co-espectros de velocidade e temperatura obedecendo, respectivamente, as Leis de -5/3 e -7/3 no subintervalo inercial (Lamesa, 2001).

Modelagem numérica da CLP

A partir das observações foram desenvolvidos vários estudos numéricos com o objetivo de simular numericamente a evolução da CLP e o seu impacto na dispersão de poluentes na região.

Modelo de Camada de Mistura

Um modelo numérico de duas camadas foi desenvolvido para simular a evolução espacial da CLP e a evolução temporal da concentração de radionuclídeos na região de Iperó, assumindo uma liberação hipotética de radionuclídeos (Molnary, 1993). Este modelo, apesar das simplificações assumidas para o comportamento da CLP, foi capaz de simular as características principais da evolução da CLP na região e também permitiu determinar o transporte horizontal de radionuclídeos e o tempo que levaria para atingir regiões mais povoadas, como Sorocaba.

A evolução temporal da camada limite planetária foi investigada através de um modelo de fechamento de segunda ordem acoplado a um esquema numérico de cálculo de radiação atmosférica de onda longa e um esquema de interação solo vegetação atmosfera com resultados comparáveis aos observados (Vasconcelos, 1995, Oliveira 2003).

Modelo dispersão SPM

Outras tentativas de estimar o potencial de contaminação atmosférico na região foram feitas através do emprego de um modelo Skewed Puff Model (SPM). O modelo SPM para simular as emissões hipotéticas de radionuclídeos em Iperó, estimando os parâmetros de difusão a partir de dados de turbulência coletados durante as campanhas (Tirabassi et al., 1995).

O algoritmo de estimativa dos parâmetros de dispersão que inclui os efeitos associados à presença da vegetação da superfície (Targino, 1999; Targino e Soares, 2002) teve um impacto positivo na qualidade dos resultados do modelo SPM e permitiu estender as simulações para um período de tempo maior (Oliveira et al., 1998).

As pesquisas referentes ao modelo de dispersão SPM foram desenvolvidas durante um convênio de colaboração internacional com o Grupo de Poluição do Ar do Instituto FISBAT, Bolonha, Itália, financiado pelo CNPq (Proc. CNPQ No 910132/93 e 910157/95-2), entre 1994 e 1997.

Considerando o campo do vento ajustado a topografia, o modelo SPM e o algoritmo de estimativa dos parâmetros de dispersão foram aplicados estimar o efeito da topografia local sobre o transporte horizontal de radionuclideos (Veleda, 2001).

Paralelamente, foi investigado o papel da topografia na definição da circulação local em Iperó - ciclo diurno e jato noturno - utilizando um modelo numérico de meso-escala denominado TVM. As simulações realizadas com o TVM indicam que parte do ciclo diurno do vento em Iperó está relacionada ao efeito térmico da topografia, que por estar inclinada para oeste (Figura 2), gera um vento anabático de SW durante o dia, e catabático de NE durante a noite (Karam, 1995; Karam, 2002).

Com a versão não hidrostática do modelo TVM foi possível identificar que os jatos de baixos níveis em Iperó são resultantes da combinação das circulações térmicas geradas pela topografia e a brisa marítima que penetra no interior do Estado de São Paulo (Karam, 2002, Pereira, 2004). Esta versão permite estimar a extensão vertical da da CLP através da distribuição vertical da energia cinética turbulenta (Figura 4).

Foi possível mostrar também com este modelo que a topografia e a ocupação do solo na região de Iperó tem um grande impacto sobre o transporte de poluentes de longo (Karam, 2002) e de médio alcance (Pereira et al, 2001; Pereira, 2004).

 

Oliveira A.P., Soares J., Karam H.A., Pereira M.M.R., Marques Filho E.P., 2004: Numerical modeling of the planetary boundary layer.Revista Brasileira de Engenharia Térmica, 5, 74-83.

Pereira M.M.R., 2004: Estudo do Transporte Local de Poluentes em Iperó por meio de um Modelo Lagrangiano de Partículas.Tese de Doutorado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 118 pp.

Marques Filho E.P., 2004:Investigação da CLP convectiva com modelo LES aplicado a dispersão de poluentes. Tese de Doutorado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil.

Krusche N. and Oliveira A.P., 2004: Characterization of Coherent Structures in the Atmospheric Surface Layer, Boundary-Layer Meteorology, 111, 191-211.

Oliveira A.P., 2003: Investigação da Camada Limite Planetária na Região de Iperó. Tese de Livre docência. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 220 pp.

Marques E.P., Oliveira A.P., Karam H.A. e Rizza U., 2003: Simulação Numérica do Transporte de um Poluente Inerte e Passivo na CLP Convectiva através de um modelo LES. Revista Ciência e Natura, 1, 83-96.

Targino A.C.L. and Soares J., 2002: Modeling surface energy fluxes for Iperó, SP, Brazil: an approach using numerical inversion. Atmospheric Research, Elsevier Science Inc, New York, 63(1), 101-121.

Karam H.A., 2002: Estudo Numérico dos Jatos de Baixos Níveis e suas Implicações na Dispersão de Poluentes no Estado de São Paulo.Tese de Doutorado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 196 pp.

Pereira M.M.R., Oliveira A.P. and Karam H.A., 2001: Application of a Lagrangian Model To Investigate Patterns of Radionuclides Dispersion Over Complex Terrain - Part 2: The Impact of Low-Level Jet in the Concentration Field. Proceedings of the Seventh International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, 28-31 May 2001, Belgirate, Itália, 400-404.

Lamesa J.E., 2001: Estudo espectral da camada limite superficial de Iperó-SP Dissertação de Mestrado Departamento de Ciências Atmosféricas. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 93 pp.

Veleda D.R.A., 2001: Ajuste do campo do vento sobre topografia complexa aplicado a um modelo de dispersão de poluentes. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 79 pp.

Scolar, J., Caetano Neto, E. S., Oliveira, A. P. e Soares, J., 2000: Simulação numérica da camada limite planetária na região de Iperó, SP-Brasil. Revista Brasileira de Geofísica, 18 (1), 1-20.

Targino A.C.L., 1999: Modelagem de balanços de energia para Iperó (SP): Uma abordagem utilizando método de inversão. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 108 pp.

Oliveira A.P., Soares J., Tirabassi T. and  Rizza U., 1998: A surface energy-budget model coupled with a Skewed Puff Model for Investigating the Dispersion of radionuclides in a Subtropical area of Brazil. II Nuovo Cimento, 21C, 631-637.

Krusche N., 1997: Estudo das Estruturas Coerentes na Camada Limite Superficial em Iperó - São Paulo. Tese de Doutorado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil.194 pp.

Tirabassi, T., A.P. Oliveira, M.F. Andrade, O.L.L. Moraes, G.A. Degrazia, 1995: Una Collaborazione di ricerca Italia-Brasile per lo Studio della dispersione di radionuclidi in una regione subtropicale del Brasile.Agrometeorologia Emilia-Romana, 1, 4-6.

Vasconcelos C.M.P., 1995: Estudo Numérico da Camada Limite Estável através de um modelo de fechamento de segunda ordem. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 93 pp.

Karam H.A., 1995: Simulação Numérica da CLP na região de Iperó através de um modelo de 3 Dimensões. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil.112 pp.

Oliveira A.P., Moraes O.L.L., Degrazia G.A. and Molnary L., 1994: Observational Studies of the Planetary Boundary Layer at Sub-Tropical Regions of Brazil, Revista Brasileira de Geofisica, 12, 55-58.

Molnary L., 1993: Caracterização de um modelo de camada limite planetária para avaliar liberações de radionuclídeos em instalações nucleares. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 122 pp.