Nowadays, megacities all over the world are facing air quality issues, especially regarding the control of secondary pollutants such as tropospheric ozone (O3) but mainly fine particles (PM2.5 ; 2.5 m in diameter), as they have important impacts on both human health and climate change. Understanding the evolution of these particles in the atmosphere requires the description of emission sources as well as the physicochemical processes involved in their formation, growth and removal. In this study, the Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem) community model, a state-of-the-art coupled meteorology-chemistry modelling system, along with experimental data collected during the Narrowing the Uncertainties on Aerosol and Climate Change in São Paulo State (NUANCE-SPS, FAPESP thematic project) campaigns performed in 2012 and 2014, were used in order to examine the main properties of atmospheric aerosol particles over the Metropolitan Area of São Paulo (MASP), in southeastern Brazil, where changes in fuel blend and consumption in recent years have affected the evolution of pollutant concentrations. The combined application of aerosol data and WRF-Chem simulations made it possible to represent some of the most important aerosol properties such as particle number concentration (PNC) and cloud condensation nuclei (CCN) activation, besides allowing us to evaluate the contributions of anthropogenic and biomass burning sources to the PM2.5 loadings in the MASP. For instance, on-road vehicles have a potential to form new particles between 20 and 30 % in relation to the total PM2.5 mass, whereas biomass burning, on average, accounted for 824 % (515 g m3 ) of it. In addition, biomass burning accounted for up to 20 % of the baseline PNC- and CCN-weighted relative differences over the MASP (2300 cm3 and 1400 cm3 , respectively). The results indicate the potential importance of biomass burning sources for air quality in the MASP, and underscore the need for more accurate representations of aerosol emissions to reduce uncertainties in the model predictions. / Atualmente, megacidades ao redor do mundo enfrentam problemas de qualidade do ar, especialmente aqueles relacionados ao controle de poluentes secundários como o ozônio troposférico (O3), mas principalmente partculas finas (PM2.5 ; 2.5m em diâmetro). As partculas finas têm impactos significativos na saúde humana bem como no clima, através das mudanças climáticas. O entendimento da evolução destas partculas na atmosfera requer a descrição de suas fontes de emissão e também dos processos fsico-qumicos envolvidos na sua formação, crescimento e remoção. Neste estudo, o modelo Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem), um sistema de modelagem atmosférica estado-da-arte, juntamente com dados coletados durante duas campanhas experimentais realizadas em 2012 e 2014 no âmbito do projeto Narrowing the Uncertainties on Aerosol and Climate Change in São Paulo State (NUANCE-SPS, projeto temático FAPESP), foram usados para analisar as principais propriedades do aerossol atmosférico na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), no sudeste do Brasil, onde mudanças na composição e no consumo dos combustveis têm afetado a evolução da concentração de poluentes. A aplicação combinada de dados experimentais e simulações numéricas com o WRF-Chem permitiu a representação de algumas das propriedades mais importantes do aerossol atmosférico como concentração do número de partculas e ativação de núcleos de condensação de nuvens, assim como a avaliação da contribuição de fontes antropogênicas e de queimadas na concentração do PM2.5 . Por exemplo, fontes veiculares têm potencial para formar novas partculas entre 20 e 30 % em relação à massa total do PM2.5, enquanto fontes de queimadas contriburam, na média, entre 824 % (515 g m3 ) da massa total deste poluente. Outrossim, fontes de queimadas contriburam em até 20 % das concen- trações base do número de partculas e de núcleos de condensação de nuvens sobre a RMSP (2300 cm3 e 1400 cm3, respectivamente). Os resultados indicam o potencial impacto das queimadas na qualidade do ar na RMSP, e enfatizam a necessidade de aprimoramentos nos modelos de emissão de aerossol, visando reduzir incertezas nas previsões do modelo.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o impacto da mudança dos fatores de emissão veicular na formação de ozônio troposférico na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), Brasil, comparando os anos de 2004 e 2011. Essa avaliação foi realizada por meio de modelagem numérica com o modelo de qualidade do ar Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem), configurado sobre um domínio com 4 grades aninhadas: 27, 9, 3 e 1 km; e com o mecanismo químico considerado, o RADM2, acionado apenas nas grades de 3 e 1 km. Os inventários de emissão foram baseados em informações estimadas de número de veículos, fatores de emissão de compostos químicos e número médio de quilômetros percorridos por dia pelos distintos tipos de veículos considerados. Os períodos de estudo 06 a 09 de setembro de 2004 e 12 a 15 de novembro de 2011 foram selecionados, principalmente, por apresentarem episódios de altas concentrações de ozônio e pela existência de dados experimentais de determinação de fatores de emissão. Para avaliar a performance das simulações foram utilizados dados observados de temperatura, umidade relativa, vento, concentração de ozônio, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono das estações de qualidade do ar da rede de monitoramento da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB). Os resultados mostraram que as configurações físicas e químicas estabelecidas no modelo conseguiram representar adequadamente os ciclos de formação do ozônio, no entanto, com defasagens e intensidades máximas menores, características relacionadas com o cálculo das distribuições espaço/temporal das emissões como também pelo transporte não só do ozônio, mas também de seus precursores desde regiões externas à RMSP. Por outro lado, dadas as características de emissão em 2004 e 2011, encontrou-se que a atmosfera da RMSP estava caracterizada por um regime COV-limitante naqueles anos, principalmente no ano 2004. Finalmente, o cenário de emissão para 2011 considerando os mesmos fatores de emissão de 2004 mostrou um grande impacto na formação do ozônio troposférico, considerando a grade de 1 km de espaçamento. Esse resultado foi 8 produto do estabelecimento de uma razão média COV/NOx mais eficiente em termos de formação de ozônio, apesar das emissões dos seus precursores ter diminuído em relação a 2004. / The objective of this work was to evaluate the impact of vehicular emission factors change on tropospheric ozone formation in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP), Brazil for 2004 and 2011. Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem) model was used as the photochemical modeling tool. WRF-Chem was set up to run with four nested grid cells: 27, 9, 3 and 1 km. The Regional Acid Deposition Model (RADM) version 2 was the chemical mechanism considered, turned it on barely in 3 and 1 km grid cells. The emission inventories were based on the estimated information of number of vehicles, emission factors and average driving kilometers for vehicle per day. The study periods September 06-09, 2004 and November 12-15, 2011 were chosen due to the high ozone concentrations observed, and the experimental data available for these periods. Observation of temperature, relative humidity, winds, and O3, CO and NOx concentrations from the air quality monitoring network of Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) were used to evaluate WRF-Chem simulations performance. The results showed that the chemical and physics configurations in WRF-Chem represented adequately the ozone formation cycles; however, with mismatches and maximum concentrations lower than observations, characteristics related with the estimative of the spatial and temporal distributions of the emissions as well as by the transportation of ozone and its precursors from external regions to MASP. On the other hand, given the characteristics of emission in 2004 and 2011, we found that MASP was under a strong COV-limited regime, principally in 2004. Finally, the scenario considering the emission factor of 2004 valid for 2011 in MASP showed a great impact in tropospheric ozone formation with high concentrations calculated for 2011 considering 1 km grid cell (with the most realistic vehicular activity), as result of a more efficient COV/NOx ratio calculation in terms of ozone formation.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o impacto da mudança dos fatores de emissão veicular na formação de ozônio troposférico na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), Brasil, comparando os anos de 2004 e 2011. Essa avaliação foi realizada por meio de modelagem numérica com o modelo de qualidade do ar Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem), configurado sobre um domínio com 4 grades aninhadas: 27, 9, 3 e 1 km; e com o mecanismo químico considerado, o RADM2, acionado apenas nas grades de 3 e 1 km. Os inventários de emissão foram baseados em informações estimadas de número de veículos, fatores de emissão de compostos químicos e número médio de quilômetros percorridos por dia pelos distintos tipos de veículos considerados. Os períodos de estudo 06 a 09 de setembro de 2004 e 12 a 15 de novembro de 2011 foram selecionados, principalmente, por apresentarem episódios de altas concentrações de ozônio e pela existência de dados experimentais de determinação de fatores de emissão. Para avaliar a performance das simulações foram utilizados dados observados de temperatura, umidade relativa, vento, concentração de ozônio, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono das estações de qualidade do ar da rede de monitoramento da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB). Os resultados mostraram que as configurações físicas e químicas estabelecidas no modelo conseguiram representar adequadamente os ciclos de formação do ozônio, no entanto, com defasagens e intensidades máximas menores, características relacionadas com o cálculo das distribuições espaço/temporal das emissões como também pelo transporte não só do ozônio, mas também de seus precursores desde regiões externas à RMSP. Por outro lado, dadas as características de emissão em 2004 e 2011, encontrou-se que a atmosfera da RMSP estava caracterizada por um regime COV-limitante naqueles anos, principalmente no ano 2004. Finalmente, o cenário de emissão para 2011 considerando os mesmos fatores de emissão de 2004 mostrou um grande impacto na formação do ozônio troposférico, considerando a grade de 1 km de espaçamento. Esse resultado foi 8 produto do estabelecimento de uma razão média COV/NOx mais eficiente em termos de formação de ozônio, apesar das emissões dos seus precursores ter diminuído em relação a 2004. / The objective of this work was to evaluate the impact of vehicular emission factors change on tropospheric ozone formation in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP), Brazil for 2004 and 2011. Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF-Chem) model was used as the photochemical modeling tool. WRF-Chem was set up to run with four nested grid cells: 27, 9, 3 and 1 km. The Regional Acid Deposition Model (RADM) version 2 was the chemical mechanism considered, turned it on barely in 3 and 1 km grid cells. The emission inventories were based on the estimated information of number of vehicles, emission factors and average driving kilometers for vehicle per day. The study periods September 06-09, 2004 and November 12-15, 2011 were chosen due to the high ozone concentrations observed, and the experimental data available for these periods. Observation of temperature, relative humidity, winds, and O3, CO and NOx concentrations from the air quality monitoring network of Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) were used to evaluate WRF-Chem simulations performance. The results showed that the chemical and physics configurations in WRF-Chem represented adequately the ozone formation cycles; however, with mismatches and maximum concentrations lower than observations, characteristics related with the estimative of the spatial and temporal distributions of the emissions as well as by the transportation of ozone and its precursors from external regions to MASP. On the other hand, given the characteristics of emission in 2004 and 2011, we found that MASP was under a strong COV-limited regime, principally in 2004. Finally, the scenario considering the emission factor of 2004 valid for 2011 in MASP showed a great impact in tropospheric ozone formation with high concentrations calculated for 2011 considering 1 km grid cell (with the most realistic vehicular activity), as result of a more efficient COV/NOx ratio calculation in terms of ozone formation.