O conhecimento sobre a distribuição dos aerossóis na atmosfera é um dos fatores importantes, pois segundo Yamasoe e Rocha (2013), a variação da profundidade óptica indica a quantidade relativa de aerossóis. Nesta perspectiva, um dos objetivos deste trabalho foi efetuar um estudo observacional da presença de aerossóis na coluna atmosférica utilizando a profundidade óptica do aerossol (AOD). Foram usados dados de AOD no comprimento de onda de 532 nm para a região estudada (Natal/RN) obtidos do sensor CALIOP à bordo do satélite CALIPSO.
Uma série temporal da média anual da profundidade óptica de aerossóis a 532 nm está demonstrada da Figura 19. As variações de AOD são, em média, de 0,02, mostrando que há pouca variação na presença de aerossóis.
As chuvas, que ocorrem com frequência, são fatores que ajuda a limpar a atmosfera da cidade, pois a precipitação influencia nas concentrações de aerossóis, assim, nos anos em que os índices pluviométricos são mais altos, as médias são maiores que em anos mais secos, além de que, a ausência de outra fonte significativa local de emissão de aerossóis resulta em baixos valores de AOD.
No entanto é importante considerar que pode haver um aumento no valor de AOD mesmo quando há precipitação, pois pode ocorrer chuva de nuvens bem baixas, logo os aerossóis que estão em camadas inferiores às nuvens são identificados.
Figura 19: Médias anuais de AOD obtidas pelo satélite CALIPSO, no canal de 532 nm para Natal/RN, para os anos de 2007 a 2016.
Fonte: Elaborada pelo autor (2018).
A Figura 20 mostra a variabilidade média mensal da profundidade óptica do aerossol (AOD) obtida a partir do satélite CALIPSO para a Região Metropolitana de Natal/RN para 10 anos de estudo (2007-2016). Observaram-se maiores concentrações de aerossóis nos meses de junho de 2008 (valor de AOD acima de 0,16) e abril de 2010 (AOD 0,15).
Observa-se que, com exceção dos anos de 2013, 2014 e 2008, as médias dos valores de AOD sempre aumentam de maio para junho.
O ano de 2010 pode ter esse valor mais acentuado pelo fato de ter sido um ano de seca, de acordo com MARENGO et al., (2016). No mês de abril deste ano, a precipitação atingiu um valor de 191 mm, valor que, no período de 10 anos deste estudo, ficou próximo a mediana (183 mm) para o mês citado, porém, a intensidade dos ventos é mais fraca em abril, segundo SAYÃO (2008) isso também contribui para manter a presença de partículas de aerossol.
Os meses que apresentaram menores concentrações foram março de 2011, abril de 2013 e maio de 2016, todos com valor de AOD 0,04. De acordo com a análise meteorológica feita, observou-se que o mês de abril de 2013 apresentou a média mensal de precipitação de 147 mm, mês com baixo índice de precipitação comparados a outros anos, além de que, a intensidade do vento neste mês, também é fraca, dificultando a dispersão das partículas. O mês de maio de 2016 foi um mês bem representativo quanto à precipitações, sendo o quarto mês com maior precipitação (208 mm), em relação aos outros anos.
0,07 0,08 0,09 0,10 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 A O D 5 3 2 n m Anos
A maior média de profundidade óptica do aerossol apresentou valor de 0,16, indicando que a atmosfera sobre a cidade é fracamente impactada com a poluição dos aerossóis, provavelmente devido à dispersão das partículas pela ação dos ventos, que são mais intensos nos meses de agosto e setembro em Natal, meses estes em que as médias de AOD variaram entre 0,07 e 0,09.
Figura 20: Série temporal de AOD obtidas pelo satélite CALIPSO, no canal de 532nm para Natal/RN, no período de 2007 a 2016.
Fonte: Elaborada pelo autor (2018).
O estudo do comportamento temporal dos dados de AOD do CALIPSO permite observar detalhadamente sua evolução temporal. A Figura 21 mostra a variação mensal para todos os dez anos de AOD analisados. A principal característica da AOD em Natal é sua baixa variabilidade. A maioria dos valores de mediana se encontram no intervalo de 0,08 - 0,13 ocorrendo assim, em todos os anos, para todos os meses.
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A OD Meses 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 MÉDIAS ANUAIS
Figura 21: Coluna de AOD em 532nm obtida pelo CALIOP para os anos de 2007 a 2016 em Natal/RN.
Fonte: Elaborada pelo autor (2018).
As condições meteorológicas influenciam diretamente os níveis de concentração de poluentes, assim, a sazonalidade das estações seca e chuvosa para a região de estudo, é caracterizada de acordo com MOTTA (2003), considerado os meses de março a julho como estação úmida e de agosto a fevereiro como estação seca. A estação chuvosa, períodos com altas taxas de precipitação, é caracterizada com AOD centralizada em valores de 0,05 a 0,2, com valor mínimo de 0,001, (mínimo ocorrido em todos os meses) e máximo de 0,42 (ocorrido no mês de março).
Entre os meses de agosto a fevereiro, na estação seca, é observado um aumento no valor de AOD, os valores ficam concentrados em torno de 0,08 e 0,23 (mínima de 0,001 em todos os meses e máxima de 0,46 em fevereiro). Este aumento, mesmo que pouco significativo, ocorre provavelmente, devido à diminuição da precipitação e da intensidade dos ventos, este último, principalmente, nos meses de janeiro a abril.
Percebe-se que, no geral, 50% dos valores estão entre 0,05 e 0,33 e que, 25% se encontram acima de 0,22, chegando até aproximadamente, 0,46. Esses são valores bem acima da média apresentada na Tabela 6, que mostra valores máximos sempre acima de 0,9, ou seja, certamente na análise do Boxplot, colocou esses valores como outliers, devido o afastamento dos demais dados.
As relações estatísticas para a distribuição temporal da AOD 532 nm são apresentadas na Tabela 7.
Tabela 7: Estatística descritiva da AOD 532 nm.
Meses Mínimo Média Máximo Desvio padrão
Janeiro 0,003 0,083 0,986 0,063 Fevereiro 0,005 0,097 0,985 0,076 Março 0,001 0,092 0,938 0,072 Abril 0,001 0,083 0,994 0,066 Maio 0,001 0,080 0,898 0,061 Junho 0,005 0,090 0,981 0,076 Julho 0,002 0,079 0,961 0,058 Agosto 0,003 0,084 0,973 0,063 Setembro 0,004 0,084 0,939 0,061 Outubro 0,002 0,081 0,983 0,059 Novembro 0,003 0,095 0,933 0,074 Dezembro 0,003 0,090 0,982 0,073
Fonte: Elaborada pelo autor (2018).
É importante ressaltar que prováveis erros sistemáticos podem ocorrer no processo de calibração dos dados do Lidar CALIOP, podendo acontecer contaminações de alguns perfis por nuvens esparsas (mais espalhadas). Essas nuvens, geralmente, são classificadas de forma correta, porém, como em qualquer instrumento, podem ocorrer erros e serem classificadas como aerossóis. Kacenelenbogen et al. (2011) fizeram uma comparação de valores de AOD do CALIOP com valores de outros instrumentos (fotômetro solar da rede AERONET, sistema MODIS, e sistemas HSRL e POLDER) para um mesmo dia. O CALIOP obteve o valor de AOD de 0,32; os demais instrumentos apresentaram valores de 0,71 para o fotômetro; 0,67 para o MODIS; 0,52 para o HSLR e 0,58 para o POLDER.
Segundo Lopes (2011), essa subestimação nos valores dos dados do Lidar CALIOP é relacionada a uma possível contaminação de alguns perfis com sinal de nuvens esparsas, que não foram classificadas como aerossóis. Assim, os sinais de nuvens podem originar dificuldades na detecção de sinais pelo sistema óptico do CALIPSO quanto às camadas de aerossóis que se localizam abaixo de nuvens.