A aplicação de ozônio pode ser usada como uma alternativa no tratamento de inúmeras patologias. O objetivo é interferir positivamente na reparação tecidual e na anti-sepsia de injúrias, uma vez que o ozônio é um potente agente antimicrobiano e possui a capacidade de estimular a circulação sanguínea e a resposta imunomodulatória. Tais características justificam o interesse da sua aplicação na Medicina e na Odontologia. Quando em contato com fluidos orgânicos, o ozônio age como um oxidante gerando a formação de moléculas reativas do oxigênio e produtos de lipídeos oxidantes que influenciam em eventos bioquímicos do metabolismo celular. A proposição deste estudo foi avaliar a aplicação do ozônio diluído em água no processo de reparação óssea através de análise morfológica e imunoistoquimica em modelo animal. Nossos resultados mostraram que a irrigação da ferida cirúrgica com ozônio diluído em água ocasionou atraso na reparação e que este era mais exuberante no início do processo. / The ozone therapy can be used as an alternative for the treatment of numerous diseases. The goal is to positively affect tissue repair and antisepsis as ozone is a potent antimicrobial agent and has the ability to stimulate blood circulation and immunomodulatory response. These characteristics justify the interest of its application in Medicine and Dentistry. When in contact with body fluids, ozone acts as an oxidant generating reactive oxygen molecules and oxidative products of lipids influencing biochemical events of cellular metabolism. Therefore, the purpose of this study was to evaluate, in an animal model, the effect of ozone application during the bone wound healing process. These analyses were performed by the study of bone cells morphology and immunohistochemical expression of bone matrix proteins. Our results showed that the use of ozone diluted in water for irrigation caused a delay in early stages of bone repair. This delay was more prominent in the first phase of the bone wound healing.

A busca contínua por tecnologias de esterilização a baixa temperatura deve-se à necessidade de adequação dos agentes esterilizantes às características físicoquímicas dos produtos, à conveniência de maior rapidez no processamento, além dos apelos ambientais, em comparação, por exemplo, com o método de esterilização por óxido de etileno. Desta forma surgiu interesse pelo ozônio (O3), o qual pode ser considerado o mais potente germicida natural que existe, sendo capaz de eliminar microrganimos (na forma vegetativa e esporulada) com alta eficiência e rapidez, graças a sua atividade altamente oxidante. O presente trabalho teve por objetivo proceder estudos para a determinação de parâmetros para o processo de esterilização empregando ozônio, além de avaliar a eficácia do agente esterilizante em questão. O processo de esterilização foi desafiado com esporos de Geobacillus stearothermophilus ATCC 7953 o qual se caracteriza frente as mesmas com elevada resistência. A eficácia esterilizante do ozônio foi avaliada através de carreadores inoculados com 106 do esporo, introduzidos em seringas de 3 mL e tubos com diferentes comprimentos e diâmetros, simulando produtos médico hospitalares. Tais dispositivos foram submetidos a meio ciclo e ciclo completo do processo de esterilização por ozônio. A validação do processo foi comprovada através dos resultados satisfatórios para meio ciclo, obtidos com os testes efetuados. Desta forma, foi possível constatar a eficácia do processo de esterilização por ozônio. Adicionalmente, foram objeto de investigação materiais termossensíveis distintos obtidos de produtos médico-hospitalares, a fim de estudar a influência do ozônio sobre as características intrínsecas desses materiais. As amostras foram submetidas ao ciclo completo de esterilização e analisadas pelo teste de citotoxicidade in vitro e avaliação da superfície dos materiais por espectrofotometria com transformadas de Fourier com acessório de refletância atenuada (ATR-FTIR) para esclarecer eventuais efeitos do processo sobre a biocompatibilidade das mesmas. Embora os materiais estudados não demonstraram efeito citotóxico após serem submetidos à esterilização por ozônio, a superfície do derivado de polietileno (PE) demonstrou uma banda de oxidação em consequência da ação do agente esterilizante. / Ozone (O3) can be considered the most potent natural germicide against microorganisms (in vegetative and spore forms) with high efficiency and speed, because of its highly oxidizing activity. Despite this, there are a few studies describing the application of ozone as a sterilizing agent of medical devices. The aim of this paper was to describe the development and validation of a sterilization cycle applied to medical devices. The sterilization process was challenged with Geobacillus stearothermophilus ATCC 7953 spores, which have shown great resistance. The sterilizing effect of ozone was measured using carriers inoculated with 106 spores, introduced into a 3 mL syringe and lumens of tubes of different sizes and diameters simulating hospital medical products, which have undergone a half-cycle or complete cycle. The validation process was confirmed by the satisfactory results for the half cycle, which indicate an appropriate sterility assurance level. Thus, one can consider the ozone sterilization process effective for medical devices. On the other hand, there was a need to evaluate the safety of ozone sterilization in terms of medical device materials in order to clarify the influence of ozone on the intrinsic characteristics of these materials. The samples were submitted to the complete cycle of sterilization and analysis by the \"in vitro\" cytotoxicity test and evaluation of the surface of the materials using ATR-FTIR spectrometry to clarify eventual of the process on a biocompatibility. Although the materials studied did not demonstrate a cytotoxic effect after being subjected to ozone sterilization, the surface of the polyethylene (PE) derivative demonstrated an oxidation band as a consequence of the action of the sterilizing agent.

Neste estudo foi avaliado o potencial tóxico de diferentes desinfetantes (cloro, ácido peracético, radiação ultravioleta e ozônio) utilizados na desinfecção de esgotos sanitários. Para tanto, foram realizados ensaios de desinfecção (em diversas concentrações e tempos de contato) com o esgoto doméstico originário da estação de tratamento de esgotos da cidade de Araraquara (SP) e, posteriormente, ensaios de toxicidade a fim de verificar possíveis efeitos agudos e crônicos nos seguintes organismos-teste: Daphnia similis, Ceriodaphnia silvestrii, Chironomus xanthus, Danio rerio e Allium cepa. Todos os desinfetantes, nas condições experimentais testadas, foram capazes de produzir efeitos deletérios aos organismos-teste utilizados nesta pesquisa. O cloro foi considerado o desinfetante mais tóxico, sendo seguido pelo ozônio, ácido peracético e radiação UV. Verificou-se ainda que quando o efluente não desinfetado foi tóxico aos organismos-alvo, sua toxidez foi potencializada com a adição dos diferentes agentes desinfetantes. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a utilização do cloro para desinfecção de esgotos sanitários, sem prévia descloração, deve ser revista, em face da eficiência satisfatória de inativação de bactérias proporcionada por outros agentes de desinfecção potencialmente menos tóxicos (tais como o ácido peracético e a radiação UV). / In this study, it was evaluated the toxic potential of different disinfectant agents (chlorine, peracetic acid, ultraviolet radiation and ozone) used in the disinfection of urban wastewater. For so much, disinfection assays were accomplished (in several concentrations and contact times) with the domestic sewage from Araraquara city (SP) and toxicity bioassays were developed in order to verify possible acute and chronic effects in the following test-organisms: Daphnia similis, Ceriodaphnia silvestrii, Chironomus xanthus, Danio rerio and Allium cepa. All the disinfectants, in the tested experimental conditions, were capable to produce harmful effects to the test-organisms used in this research. Chlorine was considered the most toxic disinfectant, being followed by ozone, peracetic acid and UV radiation. It was noticed that when the effluent, by itself, was toxic to the test-organism, its toxicity was increased with the different disinfecting agents\' addition. The results obtained in this study suggest that the use of chlorine as a wastewater disinfectant, without previous dechlorination, should be reviewed, because it was observed that other disinfection agents (such as peracetic acid and UV radiation) were able to promote satisfactory levels of bacteria inactivation for potentially less toxicity.

Após uma abordagem crítica a respeito do impacto da poluição sobre o meio ambiente, decorrente do uso indiscriminado dos recursos naturais, a presente Tese discute o papel do ozônio na remediação da carga de poluentes emitida ao meio ambiente por diferentes efluentes urbanos e industriais. Diferentes tecnologias disponíveis para a produção de ozônio em pequena e grande escala são apresentadas e discutidas, dando especial enfoque para a produção eletroquímica de ozônio, PEO, a qual é o assunto abordado na parte experimental da Tese. Os experimentos efetuados foram separados em estudos fundamentais, os quais consistiram no estudo da PEO em eletrodos de PbO2 e de IrO2+Ta2O5, em diferentes condições da temperatura e da composição do eletrólito, e aplicados, onde foi projetado e caracterizado um reator para a PEO com capacidade de até 100 A. Na parte fundamental foi proposto uma nova metodologia eletroquímica para a caracterização de eletrodos rugosos/porosos, a qual é baseada na análise combinada de parâmetros superficiais extensivos e intensivos. A partir dos dados obtidos no estudo cinético foi proposto um mecanismo representativo da produção simultânea de oxigênio e ozônio, o qual possibilita uma análise da eficiência da corrente para a PEO com base na cobertura superficial dos intermediários oxigenados. Os estudos de caracterização do reator protótipo #1, o qual foi construído empregando-se um eletrodos planar perfurado de PbO2 como ânodo e um eletrólito polimérico sólido (Nafion 117) como separador dos compartimentos catódico e anódico, revelaram que a PEO é uma promissora alternativa ao processo corona convencional empregado para a geração de ozônio na fase gasosa. / After a critical discussion about the environmental pollution resulted from the continuous consumption of the natural energy sources, is discussed in the Thesis the role of the ozone on reduction of the pollution burden released in the environment by different urban and industrial effluents. Different technologies available for the ozone production in the low and large scale are presented and discussed, given a special attention for the electrochemical ozone production, EOP, which is the issue under investigation in the experimental section of the Thesis. The experiments were separated in fundamentals, which comprises the investigation of EOP at PbO2 and IrO2+Ta2O5 electrodes, in different conditions of the temperature and composition of the electrolyte, and applied studies, where is proposed and characterised a reactor for EOP having a capacity of up to 100 A. In the fundamental section one proposed a new electrochemical methodology for characterisation of porous/rugged electrodes, which is based on a combined analysis of the intensive and extensive surface parameters. From the kinetic data it was proposed a electrode mechanism representative of the simultaneous production of oxygen and ozone, which makes possible to analyse the EOP current efficiency considering the surface coverage by the oxygenated reaction intermediates. The characterisation of the electrochemical reactor (prototype #1), which was constructed using a planar perforated PbO2 as anode and a solid polymer electrolyte (Nafion 117) as separator of the cathodic and anodic compartments, revealed that EOP is a promising alternative technology to the conventional corona process used in the ozone generation in the gaseous phase. P.S. For more details about the present Thesis in a English version see references extracted from this contribution already cited as a header in the main chapters.

A ozonioterapia tem sido descrita como uma alternativa de tratamento para várias doenças por intervir possivelmente de forma favorável na reparação tecidual. A proposição desta pesquisa foi analisar os efeitos biológicos do ozônio diluído em água no processo de reparação tecidual, empregando duas concentrações diferentes. Foram realizadas feridas dérmicas padronizadas, com a utilização de punch, para excisão de fragmento da pele, com 5mm de diâmetro e profundidade, no dorso de 48 ratos. Os animais foram divididos em quatro grupos, conforme o tratamento realizado: em um grupo as feridas foram irrigadas com água ozonizada na concentração de 4ppm (GO3>), em outro foi utilizada água ozonizada na concentração de 1ppm (GO3<), no grupo controle positivo a água empregada não foi ozonizada (Gágua) e no controle negativo as lesões não receberam tratamento (Gnada). As irrigações foram realizadas durante dez minutos no trans-operatório e durante cinco minutos no pós-operatório diário, e os animais foram sacrificados nos períodos de 2, 7 e 14 dias. Nestes momentos, as feridas foram fotografadas para avaliação macroscópica, sendo que as imagens foram analisadas por software de morfometria (ImageLab2000®), e os espécimes foram processados para avaliação microscópica, em análise histomorfológica, histomorfométrica (por meio do mesmo software) e imunoistoquímica para anticorpo colágeno tipo-I e anti-actina. Todos os dados foram submetidos a estudo quantitativo e os obtidos pelo software também a estudo estatístico (Teste de Hipótese de Wilcoxon). Os resultados morfométricos demonstraram que, em 7dias, entre todos os grupos irrigados, o GO3< apresentou maior redução da área e que, no último período de observação, o GO3> apresentou contração da ferida mais regular, com diferenças estatisticamente significantes em comparação aos outros grupos. No período inicial de observação, a análise histomorfológica revelou que os GO3> e GO3< apresentaram expressão mais intensa do processo inflamatório, do que o grupo controle positivo, e demonstraram maior produção de matriz colagênica. No último período, em ambas análises histológicas, o GO3> e Gnada apresentaram de forma mais expressiva as características histológicas do tecido de granulação em formação, como expressão mais intensa de síntese de colágeno e formação de matriz colagênica mais organizada. As análises imunoistoquímicas revelaram que a marcação do colágeno tipo-I foi regular para todos os grupos, e que os grupos irrigados com água ozonizada apresentaram maior número de miofibroblastos. Provavelmente a capacidade do ozônio em interferir em reações bioquímicas celulares, bem como a maior quantidade de oxigênio proveniente da água ozonizada, podem estar relacionados aos eventos observados à reparação tecidual, que podem ser interpretados como favoráveis dependendo da situação clínica. Os resultados desta pesquisa sugeriram atuação do ozônio diluído em água na reparação das lesões teciduais, de forma dependente da dose, com possível favorecimento ao fechamento tecidual e provável estímulos inflamatórios e reparadores que favoreceram a síntese de tecido, sem produzir efeito tóxico ou prejudicial. / The ozone therapy has been described as an alternative treatment for many diseases due to its action on tissue healing. The purpose of this research was to analyze the biological effects of ozonized water, in two different concentrations, on tissue healing. Standard dermical wounds were made with a punch to excise a skin fragment with 5 millimeters diameter and depth, in the back of 48 rats. The animals were divided in four groups according to treatment: in one group the wounds were irrigated with ozonized water at 4ppm (GO3>), in other group the wounds were irrigated with ozonized water at 1ppm (GO3<), in the positive control the water was not ozonized (Gwater) and in the negative control the wound did not received any treatment (Gnoun). The irrigations were realized during ten minutes in the transoperative time and daily, during five minutes, in the post-operative period. The animals were sacrificed on days 2, 7, and 14 following the procedure. At the time of sacrifice, the wounds were photographed to macroscopic assessment. The images were analyzed by morphometry software (ImageLab2000®) and the specimen were processed for microscopic, histomorfologic and histomorfometric (by the same software) analysis, and also for immunohistochemistry with antibody collagen type-I and anti-actyn. All data were submitted to quantitative analysis and the data got by the software were also submitted to statistic analysis (Wilcoxon Test). The morphometric analysis demonstrated that, in 7 days, among all groups, the GO3< group showed a bigger area reduction, and in the last period (14 days), the GO3> group showed more regular wound contraction; with statistically significant differences in comparison with the others groups. In the last period, the GO3> group showed a better shape factor (relation between area and perimeter) with statically significant differences in comparison to others groups. In the initial period of observation (2 days), the histomorphologic analysis revealed that the GO3> and GO3< groups showed more intense expression of inflammatory process than the positive control group, and also demonstrated increased production of collagen matrix. In the last period, for both histologic analyses, the GO3> e Gnoun showed more evident features of healing process, as such more intense expression of fibrils collagen and collagen matrix synthesis. The immunohistochemistry studies revealed that the collagen type-I scoring was regular for all groups and that the irrigated groups with ozonized water showed a higher number of miofibroblasts. Probably, the ozones capacity to interfere in biochemistry cellular reactions, as well the high oxygen quantity originated from ozonized water, may be related to tissue healing events, that may be favorable for some clinical situation. These results suggest that the ozonized water acts on tissue repair, in a dose dependent way, contributing to wound contraction and to tissue synthesis, without toxic effect.

O ozônio (O3) é um dos poluentes que representa grande preocupação em termos de qualidade do ar na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). No ano de 2012 foram observados 98 dias de ultrapassagens do padrão horário da qualidade do ar para este poluente na RMSP. A exposição aos poluentes atmosféricos como O3 e outros está associada ao prejuízo da saúde respiratória. O enfoque deste estudo é determinar os principais Compostos Orgânicos Voláteis (COV) precursores de O3 para auxiliar no controle deste poluente. Neste trabalho foram realizadas 78 amostragens durante a semana de hidrocarbonetos no ano de 2006 e 66 amostragens de hidrocarbonetos, 62 de aldeídos e 42 de etanol durante o ano de 2011/2012, 7:00 h às 9:00 h, na estação CETESB IPEN/USP. Medidas de COV também foram realizadas no ano de 2006 e 2008, na Estação CETESB Cerqueira César. Adicionalmente, foram efetuados testes de emissões veiculares durante o ano de 2009 de 5 veículos a diesel, 3 a etanol, 2 a gasolina C e 1 motocicleta. O modelo de trajetórias OZIPR foi utilizado para determinar os principais precursores de O3. Durante o ano de 2011/2012, na Estação CETESB IPEN/USP, a classe de aldeídos representou 35,3% dos COV analisados em concentração na atmosfera, seguido pelo etanol 22,6%, compostos aromáticos 15,7%, alcanos 13,5%, cetonas 6,8%, alcenos 6,0% e alcadienos < 0,1%. Considerando a concentração dos compostos e sua reatividade, as simulações executadas com o modelo OZIPR mostraram que o acetaldeído contribuiu com 61,2% da formação do O3 na atmosfera da RMSP no ano de 2011/2012. Dos COV analisados, a classe dos aldeídos contribui com 74% da produção de O3, aromáticos 14,5%, alcenos 10,2%, alcanos 1,3% e alcadienos (isopreno) 0,03%. O estudo de emissão veicular mostrou que 39% dos aldeídos foram provenientes de veículos a etanol, 28% a diesel, 26% a gasolina C e 7% de motocicletas. As emissões dos COV por veículos a gasolina contribuíram com 44% da formação de O3, a diesel 22%, a etanol 19% e motocicletas 15%. / Ozone (O3) is a pollutant that represents great concern in terms of air quality in the metropolitan area of São Paulo (MASP). In 2012 were observed 98 days of exceedances of the standard time air quality for this pollutant in the MASP. Exposure to air pollutants such as O3 and others is associated with the injury of respiratory health. The focus of this study is to determine the main Volatile Organic Compounds (VOCs) precursors of O3 to auxiliary in control this pollutant. In this work were made 78 samples during the week of hydrocarbons in 2006 and 66 samples of hydrocarbons, 62 of aldehydes and 42 of ethanol during the year 2011/2012, 7:00 am to 9:00 am, at the CETESB IPEN/USP station. Measurements of VOCs also were realized in 2006 and 2008, in the CETESB Cerqueira Cesar station. Additionally, were performed tests vehicle emissions during the year 2009 of 5 diesel vehicles, 3 ethanol, 2 gasool and 1 motorcycle. The OZIPR trajectory model was used to determine the main O3 precursors. During the year 2011/2012, in the CETESB IPEN/USP station the class of aldehydes represented 35.3% of VOCs analyzed in concentration in the atmosphere, followed by ethanol 22.6%, aromatics 15.7%, alkanes 13.5%, ketones 6.8%, alkenes 6.0% and alkadienes <0.1%. Considering the concentration of the compounds and their reactivity, the simulations executed with the model showed that acetaldehyde OZIPR contributed with 61.2% to the formation of O3 in the atmosphere of MASP in the year 2011/2012. VOCs analyzed, the class of aldehydes contributed with 74% of the production of O3, aromatics 14.5%, alkenes 10.2%, alkanes 1.3% and alkadienes (isoprene) 0.03%. The study of vehicular emission showed that 39% of aldehydes were obtained from ethanol vehicles, 28% diesel, 26% gasoline and 7% of motorcycles. Emissions of VOCs by gasoline vehicles contributed with 44% of the formation of O3, diesel 22%, ethanol 19% and motorcycles gasoline 15%.

A utilização de ozônio como agente oxidante tem apresentado resultados positivos para a degradação de contaminantes orgânicos em subsuperfície. O ozônio apresenta alta reatividade, tanto com os compostos orgânicos de interesse quanto com os compostos inorgânicos presentes no meio, principalmente com os íons metálicos constituintes da matriz sólida, mobilizando os para a água subterrânea. Este estudo detectou e quantificou os íons metálicos de interesse presentes na matriz solida, sendo estes: Fe, Al, Mn, Cr, Pb, Ni e Zn. Também foram determinados os íons que foram mobilizados da matriz sólida, a partir da injeção do ozônio em solo proveniente de uma área contaminada por compostos orgânicos. / The use of ozone as an oxidizing agent has shown positive results for the degradation of organic contaminants in the subsurface. Ozone is highly reactive with both the organic compounds of interest as with inorganic compounds present in the environment, especially with the metal ions of the solid matrix constituents, mobilizing them into groundwater. This study detected and quantified the metal ions of interest present in the solid matrix, namely: Fe, Al, Mn, Cr, Pb, Ni and Zn. lons that have been mobilized from the solid matrix due to the ozone injection in soil from a contaminated area for organic compounds were also determined.

Neste trabalho foram estudados, através de simulações numéricas e medidas de concentração de poluentes próximo à superfície, algumas situações meteorológicas que determinaram episódios de destaque com relação ao poluente ozônio que ocorreram na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) entre 1999 e 2006. Primeiramente, foram avaliados dois modelos fotoquímicos, CIT e SPM-BRAMS, quanto à formação de ozônio e a correta representação dos processos de dispersão de poluentes na região. Após a avaliação dos modelos, foram determinadas características do escoamento atmosférico durante a ocorrência de episódios críticos do ponto de vista da qualidade do ar. Os resultados obtidos mostraram que a variabilidade nas concentrações do ozônio pode ser bem representada pelos modelos utilizados. Em geral, as concentrações simuladas com o SPM-BRAMS concordam bem com as observações em termos da fase do ciclo diurno, sendo os valores das concentrações um pouco subestimados com relação aos máximos observados. O modelo CIT, por sua vez, apresentou concentrações mais altas, principalmente nos horários de máximo, tendo também representado adequadamente o ciclo diurno. Nas simulações, com ambos os modelos, foi constatado que nos pontos referentes às estações de monitoramento localizadas na porção sudeste da RMSP, foram obtidos os piores resultados em termos de parâmetros estatísticos comumente utilizados na avaliação de resultados modelados. Com o SPM-BRAMS foram também realizadas simulações abrangendo o mês de janeiro de 2006, através das quais foram estudadas as condições atmosféricas em grande e mesoescala e o comportamento das concentrações de ozônio associadas. Durante este mês houve períodos de intensa atividade convectiva, relacionados a episódios de ZCAS, bem como períodos mais secos em que a atmosfera apresentava-se mais estável. Observou-se que durante episódios de chuva intensa há uma superestimativa das concentrações pelo modelo; no entanto, os resultados são bem próximos às observações em situações de céu claro e com ventos menos intensos. Os picos secundários noturnos na concentração de ozônio, observados com certa freqüência nos dados medidos, nem sempre foram bem representados pelo modelo, embora os picos máximos diurnos fossem bem representados. Os dias em que os picos noturnos foram simulados adequadamente pelo SPM-BRAMS foram caracterizados por alta pressão desde a superfície até níveis médios, com maior subsidência e estabilidade na atmosfera, favorecendo o transporte de ozônio a partir de níveis mais altos da atmosfera para a superfície. Os picos noturnos com concentrações acima de 20 ppbv foram os mais bem representados. / Throughout numerical simulations and near to surface measurements of pollutants concentrations, in this work some meteorological situations of relevance for high ozone concentrations episodes over the Metropolitan Area of Sao Paulo (MASP) were studied., between 1999 and 2006. Firstly, two photochemical models, CIT and SPM-BRAMS, were evaluated in the sense of the correct representation of ozone formation and the pollutant dispersion processes over the region. After the models evaluation, some characteristics of the atmospheric flow were determined during the occurrence of critical events from the air quality point of view. The results showed that the ozone concentrations variability was relatively well represented by the used models. In general, the concentrations simulated by the SPMBRAMS agree well with observations, in terms of the diurnal cycle phase, but the concentrations values were slightly underestimated compared to the observed maximum. The CIT model showed higher concentrations, especially during diurnal maximum peaks. The diurnal cycle was also adequately represented by this model. In simulations with both models, it was found that in the monitoring stations located in the southeastern portion of the MASP, the worst results were obtained in terms of statistical parameters commonly used in the evaluation of models results. The SPM-BRAMS was also used for simulations throughout the whole month of January 2006. With these simulations the atmospheric conditions in large and meso scales and the associated ozone concentrations behavior were studied. During this month periods of intense convective activity occurred, associated with SACZ episodes. Dry periods in which the atmosphere was more stable, were also observed during this month. It was observed that during episodes of intense precipitation, there is a tendency of concentration overestimation by the model; however, the results are very close to the observations in situations of clear sky and with milder winds. The nocturnal secondary peaks in the ozone concentration observed with some frequency in the measured data, were not always well represented by the model, while the maximum day time peak were well represented. The days when the nocturne peaks were properly simulated by SPM-BRAMS, were characterized by high pressure from the surface to mid-level, with more atmospheric subsidence and stability, promoting the transport of ozone from higher levels of the atmosphere to the surface. The nocturnal peaks with concentration above 20 ppbv were most well represented.

Esta tese de doutorado teve como objetivo avaliar o impacto na qualidade do ar da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) de mudanças do clima a partir de cenários de mudança global oriundos do IPCC (International Panel for Climate Change) e das mudanças nas fontes urbanas da RMSP, decorrentes da implantação de políticas de controle de emissões veiculares. A qualidade do ar foi estimada por meio do modelo WRF/Chem (Weather Research and Forecasting with Chemistry). Os cenários do IPCC que foram utilizados representam situações futuras, levando-se em conta o aquecimento global dentro de suas perspectivas otimista (SRES B1) e pessimista (SRES B2). Para a representação desses dois cenários foram utilizadas as saídas do modelo climático global CCSM3 (Community Climate System Model), as quais serviram como condições iniciais e de contorno para o modelo utilizado no trabalho. A avaliação da qualidade do ar foi realizada com base na análise da concentração de ozônio na RMSP, para os anos de 2020 e 2050. Também, foram considerados os eventuais impactos na qualidade do ar considerando-se mudanças nas fontes de emissão veicular. Dessa forma foram estudados cenários com mudanças climáticas ou com variação nas emissões veiculares para os anos de 2020 e 2050 e com ambas para o ano de 2050. Os resultados foram avaliados através de métodos estatísticos em comparação com o caso base, que representa o comportamento do ozônio no período de estudo compreendido entre os dias 08 e 16 do mês de novembro de 2011. As análises estatísticas dos resultados das simulações em comparação com os dados medidos mostraram que o modelo representou de forma satisfatória as condições ambientais observadas no período de estudo. Resultados das simulações de eventos futuros considerando os casos onde foram modificadas as condições meteorológicas para os anos de 2020 e 2050 e mantidas as emissões de 2011 mostraram pouca diferença das concentrações de ozônio sobre a RMSP. Por outro lado, resultados das simulações obtidos da alteração das emissões para os anos futuros, tendo como base as condições meteorológicas de 2011 apresentaram grande variação das concentrações de ozônio sobre a mesma área. Por fim, resultados obtidos a partir de simulações com alterações das condições meteorológicas e das emissões para o ano de 2050 para os dois cenários do IPCC mostraram as maiores diferenças entre os cenários simulados e ambos concordam na ocorrência de aumento de concentrações de ozônio no futuro. Pode-se explicar essa tendência de aumento a partir de duas hipóteses: o aumento da temperatura, favorecendo a ocorrência dos processos fotoquímicos e o maior controle das emissões por veículos pesados, levando a uma razão de Compostos Orgânicos Voláteis por Óxidos de Nitrogênio mais favorável para a formação do ozônio. / This PhD dissertation aims to assess the impact of climate change on regional air quality from global change scenarios estimated by IPCC and control vehicle emissions changes over the Metropolitan Area of São Paulo (MASP). The air quality was estimated by WRF/Chem model. For this purpose, the scenarios proposed by IPCC that represent future situations were used, taking into account global warming in an optimist (SRES B1) and pessimist (SRES A2) perspective. The output files from the global climate model CCSM3 (Community Climate System Model) based in these scenarios were used as initial and boundary conditions for the model used in this work and, based on a defined set of cases, possible impacts on ozone concentrations were evaluated over the MASP for 2020 and 2050. Also, possible impacts on air quality were considered based on changes in the emission sources. In this way, the following cases were studied: 1) the actual emission for the two meteorological scenarios during 2020 and 2050; 2) same meteorological condition of 2011 for scenarios of urban emission with public politics of emission control for 2020 and 2050, and; 3) a scenario with 2050´s emissions and IPCC meteorological conditions. Results were evaluated through statistical methods based on a control case, which represents the ozone concentrations during the period between November 08th and 16th of 2011. Results obtained with the control case simulation showed that the model represented satisfactorily environmental conditions observed during the study period. Simulation results of future events considering cases where weather conditions were modified for 2020 and 2050 and keeping the emissions of 2011 showed little difference in the ozone concentrations over the MASP. On the other hand, simulation results obtained from the change in emissions for future years, based on weather conditions of 2011, showed a large variation of ozone concentrations over the same area. Finally, results from simulations with changes in weather and emissions for 2050, considering the two IPCC scenarios, showed major differences between the simulated scenarios and both of them show similar results in the sense that high ozone concentrations are estimated for the future. This trend of increased concentrations can be explained by two assumptions: higher temperature, causing the occurrence of photochemical processes, and the implementation of control emissions by heavy vehicles, leading to a ratio of Volatile Organic Compounds by Oxides of Nitrogen more favorable to the formation of ozone.

O presente estudo visa à análise comparativa do desempenho dos modelos de estatística multivariada Multi-layer Perceptron Neural Networks, Random Forests e Support Vector Machine na previsão de máxima concentração diária de ozônio na baixa atmosfera na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), caracterizada pela alta concentração de habitantes e intensa atividade econômica, onde a qualidade do ar é afetada principalmente por episódios de altos níveis de ozônio. Foram aplicados tanto modelos de regressão quanto de classificação. Nos casos de classificação, estudou-se também o desempenho de dois modelos de análise de discriminantes: Linear Discriminant Analysis e Fisher Discriminant Analysis. Para a construção dos modelos utilizou-se uma base de dados com medições de variáveis meteorológicas, além da concentração de ozônio, fornecida pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB). Dada a grande importância e a complexidade do processo de formação de ozônio na baixa atmosfera, a Universidade de São Paulo (USP) e a CETESB têm desenvolvido estudos no tema desde 1999, através dos quais produziram-se modelos de previsão baseados em redes neurais, implementados pela equipe da CETESB. O presente estudo é uma continuação do desenvolvimento anterior e contém as seguintes inovações quanto à metodologia e resultados esperados: (1) ajuste de novos modelos com novas estruturas, incluindo-se técnicas de Support Vector Machine, Random Forests e Discriminação; (2) uso de uma base de dados mais ampla e atualizada, de modo a melhorar a representatividade dos modelos; (3) ajuste dos modelos à nova legislação, Decreto Estadual 59.113 de 23/04/2013, que estabelece novos padrões de qualidade do ar para os poluentes atmosféricos, dentre os quais o ozônio. Embora nos casos de classificação nenhum dos modelos tenha apresentado bons resultados, nos casos de regressão foi possível obter resultados melhores do que os esperados. O modelo de Multi-layer Perceptron foi o que mostrou melhor desempenho para prever concentrações máximas de ozônio, tanto para a previsão de máximas concentrações baseadas em médias horárias quanto em médias móveis de 8 horas, que resultaram em coeficientes de correlação 0,867 e 0,891, respectivamente. / The present study aims to compare the performance of the multivariate statistical models Multi-layer Perceptron Neural Networks, Random Forests and Support Vector Machine applied to the prediction of daily maximum concentrations of groundlevel ozone in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP), characterized by the high population density and the intense economic activity, where the air quality is mostly affected by high ozone levels. Both regression and classification models were applied. In the classification cases, two more models were applied: Linear Discriminant Analysis and Fisher Discriminant Analysis. The models were constructed using a database containing meteorological variables and daily maximum ozone concentration values, which were provided by the Environmental Agency of São Paulo State (CETESB). Given the great importance and complexity of the process of ozone formation in the troposphere, the University of São Paulo (USP) and CETESB have made studies in this area since 1999 and developed a prediction model based on neural networks, which was implemented by CETESB. The present study is a continuation of the previous one and contains the following innovations regarding the methodology and expected results: (1) comparison with other models such as support vector machines, random forests and discriminant analysis; (2) use of a wider and up-to-date database, which improves the representativeness of the models; (3) the models took into acount the new legislation, State decree 59113 of 04/23/2013, that establishes new air quality standards for ozone. Although none of the classification models had a good performance, the regression models yielded better than expected results. The multi-layer perceptron model was the one with higher performance in the prediction of daily maximum ozone concentrations based both on hourly averages and on eight-hour moving averages, which yielded correlation coefficients of 0.867 and 0.891 respectively.