Implementação de levantamento de pluma de chaminés no modelo de dispersão de poluentes atmosféricos modelar

Abstract

Resumo: O sistema MODELAR (ARMANI et al., 2014), Modelo Regulatório de Qualidade do Ar para o Estado do Paraná, é composto por uma interface gráfica, uma base de dados micrometeorológicos e um modelo de dispersão atmosférica desenvolvido pelo grupo de pesquisa LEMMA (Laboratório de Estudos em Monitoramento e Modelagem Ambiental) da Universidade Federal do Paraná. O modelo é euleriano com solução numérica da equação de advecção-difusão e apresenta resultados comparáveis a modelos semelhantes recomendados internacionalmente, como o AERMOD (ARMANI et al., 2014; CIMORELLI et al., 2004). No entanto, este modelo não era capaz de simular o levantamento da pluma de poluentes. Desta forma suas simulações não eram adequadas para a previsão de concentrações em situações nas quais o levantamento da pluma é uma característica do tipo de emissão. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para implementar um módulo computacional que permita representar este efeito. Para validar a metodologia utilizam-se os dados do estudo de Indianápolis (HANNA et al., 2005). Estes dados foram separados conforme a estabilidade atmosférica como estáveis e instáveis. Para os casos instáveis aplica-se a formulação de Briggs (1984) a cada passo da solução numérica da equação da advecção-difusão, permitindo acompanhar o comportamento da pluma desde a sua emissão. Para os casos de estabilidade adota-se o cálculo da altura efetiva de emissão (altura da fonte somada ao levantamento da pluma) como parâmetro de entrada do modelo. Para analisar estatisticamente a nova versão do MODELAR foi utilizada a metodologia definida por Hanna (1988; 1989). Os resultados obtidos para estes experimentos foram comparados a outros modelos, tendo sido competitivos com modelos internacionalmente recomendados. Palavras-chave: levantamento de pluma, dispersão atmosférica, MODELAR

Abstract: The MODELAR system (ARMANI et al., 2014), is an atmospheric dispersion model under development by the LEMMA (Laboratório de Estudos em Monitoramento e Modelagem Ambiental) research group at Federal University of Paraná. It is an eulerian model that produces a numerical solution of the advection-diffusion equation. The MODELAR system presents results comparable with other well established air quality models such as AERMOD. However, the model is not able to simulate the rise of a plume of pollutants. Therefore, the formulations are not suitable to predict concentrations in situations where the plume rise is a relevant feature of the emission. The goal of this work is to develop a method to implement a computational module in MODELAR that can simulate the plume rise. In order to validate the method data of the Indianapolis experiment were used (HANNA et al., 2005). The validation experiments were separated according to the stability conditions of the atmospheric boundary layer. For unstable cases the plume rise formulation of Briggs (1984) was applied during the numerical solution of the advection-diffusion equation for each column of fluid in the numerical domain. On the other hand, for stable cases the effective height of the emission was employed as an input to the model. Statistical analyses of the results of the simulations produced by this new version of MODELAR were performed following the methodology recommended by Hanna (1988; 1989). It was observed that the performance of MODELAR with the plume rise parameterization was competitive with that obtained by other models described in the literature. Key-words: plume rise, atmospheric dispersion, MODELAR