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Previous issue date: 2018-05-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Manaus, a 2 million people city surrounded by primary Amazon forest, has the main source of energy obtained by fossil fuel burn. Add to that, the 600 thousand vehicles and the oil refining has been changing the atmospheric composition in the region. The energetic matrix has been changing the historical pattern from burning diesel and fuel oil to natural gas. The effects of this switch on air quality, although investigated for other regions of the globe, constitutes an unprecedented study in a tropical forest environment. To perform this analysis, a three-part study was conducted using the Weather Research and Forecasting (WRF-Chem) model. In the first part, the inventory of anthropogenic emissions from Manaus was proposed. Simulations were carried out, inserting that inventory in WRF-Chem, for March 2014, during the wet season of the region. The results indicate, based on the comparison between the simulations and the observational data collected during GoAmazon2014/5 project, that the proposed anthropogenic emissions inventory of Manaus represents both the spatial distribution and the mean values of O 3 and NO x at surface and at 500 m in altitude. For the second part, three scenarios were simulated for February 2018 to evaluate the effects of the fuel switching on air quality. In the first, Case A, diesel and fuel oil were used for the production of energy, representing the reality before the beginning of the change. Case B was based on the fuel used in 2014, constituting the current scenario of fossil fuel burn. Case C represents the future scenario, in which 100 % of the energy is expected to be generated from natural gas. The results show that NO x and CO emissions decreased by 89 % and 55 %, respectively, between Cases A and C, i.e., after the total change. The analysis of the simulations show that the change to natural gas reduces the maximum concentrations of ozone by more than 70 % in the most polluted days, emphasizing the importance of changing the energy matrix from diesel and fuel oil to natural gas form air quality perspective, specially in a rainforest environment. In the last part, the effects of the presence of the Rio Negro and Rio Solimões in the dispersion of pollutants emitted from Manaus are evaluated. To do this, two scenarios were simulated. The first, called “with rivers” (wR) simulated the pollution plume of Manaus considering the rivers as they are in reality. In the second scenario, called “without rivers” (woR), all rivers and floodplains were replaced by forest in the WRF-Chem landuse package. The results suggest that the river breeze induced by the thermal gradient between the rivers and the forest partially shift the Manaus plume. The concentrations of O 3, NO x , and CO were 28, 26, and 3 %higher, respectively, above Rio Negro in wR case near Manaus. The mean effect of the river breeze is confined to the first 200 m in altitude, which is confirmed on the analyses of flight data obtained at 500 m during GoAmazon2014/5 campaign. The perturbations in the concentrations of O 3, NO x , and CO downwind Manaus, at T3, were less then 6 % in monthly average, showing that although important, the river breeze is superimposed by the prevailing winds in the region. / Manaus, cidade com aproximadamente 2 milhões de habitantes e cercada por floresta tropical primária, possui como principal fonte de energia a obtida a partir da queima de combustíveis fósseis. Isso, aliado aos 600 mil veículos e ao refino de petróleo, vem alterando a composição atmosférica na região. Essa matriz de geração de energia vem passando por uma mudança nos últimos anos do padrão histórico de queima de diesel e óleo combustível, para o padrão futuro com a queima de gás natural. Os efeitos da mudança de combustíveis na qualidade do ar, apesar de investigado para outras regiões, constitui um estudo inédito em um ambiente de floresta tropical. Para realizar essa análise, foi feito um estudo utilizando o modelo “Weather Research and Forecasting” (WRF- Chem) em três etapas. Na primeira, foi proposto o inventário de emissões antropogênicas de Manaus. Posteriormente, foram realizadas simulações para março de 2014, período chuvoso da região. Os resultados indicam, a partir da comparação entre as simulações e os dados observados durante o GoAmazon2014/5, que o inventário de emissões antropogênicas de Manaus representa tanto a distribuição espacial, quanto os valores médios de O 3 e NO x em superfície, na altitude de 500 m. Na segunda, foram simulados três cenários para avaliar os efeitos da mudança de combustíveis na qualidade do ar: o caso A, no qual foram usados diesel e óleo combustível para a produção de energia, representando a realidade local antes do início da mudança; o caso B foi baseado na distribuição de combustíveis utilizada em 2014, constituindo o cenário atual de queima de combustíveis; o caso C representa o cenário futuro, em que 100% da energia será gerada a partir de gás natural. Os resultados mostraram que as emissões de NO x e CO
diminuíram 89 % e 55 %, respectivamente, entre os casos A e C, ou seja, após a mudança total da matriz. A partir da análise das simulações, observou-se que a mudança para gás natural reduziu as concentrações máximas de O 3 em mais de 70 % nos dias mais poluídos, enfatizando a importância da mudança da matriz energética de diesel e óleo combustível para gás natural na qualidade do ar, em especial em um ambiente de floresta tropical. Na última etapa, foram avaliados os efeitos da presença dos rios Negro e Solimões na dispersão de poluentes emitidos em Manaus. Para tanto, foram simulados dois cenários. O primeiro, denominado “com rios”, simulou a pluma de poluição de Manaus considerando os rios como são na realidade. No segundo cenário, denominado “sem rios”, todos os rios e áreas alagáveis foram substituídas por floresta no pacote de uso de solo do WRF-Chem. Os resultados sugerem que a brisa do rio, induzida pelo gradiente térmicoentre os rios e a floresta, desvia parcialmente a pluma de Manaus. As concentrações de O 3 , NO x e CO foram maiores (28 %, 26 %, e 3 % respectivamente) acima do rio Negro no caso “com rios” próximo a Manaus. Observou-se que o efeito médio da brisa do rio está confinado aos primeiros 200 m de altitude, o que é confirmado na análise dos dados obtidos durante os voos realizados na campanha do GoAmazon2014/5. As perturbações nas concentrações de O 3 , NO x e CO vento abaixo de Manaus foram menores que 6 % em média mensal, mostrando que embora importante, a brisa do rio é sobreposta pelo vento predominante na região.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:tede/2508 |
| Date | 04 May 2018 |
| Creators | Silva, Adan Sady de Medeiros |
| Contributors | Souza, Rodrigo Augusto Ferreira, Martin, Scot T. |
| Publisher | Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Clima e Ambiente (CLIAMB), INPA, Brasil, Coordenação de Pós Graduação (COPG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPA, instname:Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, instacron:INPA |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 3500086864783825195, 600, 600, 600, 3806999977129213183, 2075167498588264571 |
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