Qualidade do ar- aula 4

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Qualidade do Ar
Tópicos em Micrometeorologia 
e a Dispersão de Poluentes na 
Atmosfera
Objetivos de aprendizagem
Ao término desta aula, vocês serão capazes de:
•	 compreender o conceito de Micrometeorologia;
•	 identificar os tópicos em Micrometeorologia;
•	 diferenciar os modelos de Dispersão de Poluentes na Atmosfera.
Caros(as) alunos(as)!
Nesta aula, vamos abordar o conceito de micrometeorologia, 
entender a importância dessa ciência e relacioná-la com a 
dispersão de poluentes da atmosfera.
Desejo a todos(as) uma excelente aula. Boa leitura!
Bons estudos!
4º Aula
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1 – A Micrometeorologia.
2 – Tópicos em Micrometeorologia.
3 – Dispersão de Poluentes na Atmosfera.
1 - A Micrometeorologia
Antes de abordarmos a micrometeorologia, vamos 
estudar um pouco sobre a meteorologia. A meteorologia 
é um ramo da ciência relacionado com a área da física que 
estuda os fenômenos atmosféricos. Pode ser dividida em 
várias modalidades como: a meteorologia física, a dinâmica, 
a sinótica, a aeronáutica, além da climatologia, aerologia, 
biometeorologia, hidrologia e a meteorologia agrícola. 
Reisser-Júnior, et al. (2016) descrevem a radiação, 
temperatura, precipitação, evaporação, granizo, descargas 
elétricas, movimentos da atmosfera e suas alterações, 
processos atmosféricos para previsão de tempo, distribuição 
geográfica	dos	parâmetros	meteorológicos,	 a	 alta	 atmosfera	
e os princípios meteorológicos relacionados diretamente à 
navegação aérea e marítima, o ciclo da água na atmosfera, 
e também os fenômenos relacionados às atividades 
agropecuárias como os processos a serem estudados na 
meteorologia.
Agora que já vimos o conceito da meteorologia e 
sabemos todos os processos que ela estuda, vamos falar 
da	 micrometeorologia.	 Classificada	 como	 um	 ramo	 da	
meteorologia, a micrometeorologia estuda os processos 
atmosféricos que ocorrem em regiões delimitadas na interface 
superfície-atmosfera, em períodos de tempo relativamente 
curtos.
Como o seu próprio nome já diz, o Micro é ramo da 
ciência Meteorológica que estuda/ analisa/ investiga os 
fenômenos atmosféricos, caracterizados por microescala 
(pequena ou local), sendo a escala temporal inferior a 1 hora e 
espacial inferior a 2 km. Ocorrem na parte baixa da troposfera 
denominada de Camada Limite Atmosférica (CLA) ou 
Camada Limite Planetária (CLP).
A	CLP	é	definida	como	a	região	turbulenta	da	atmosfera	
que gera a mistura e o transporte de energia, massa e o 
momento entre a superfície e a atmosfera. É nela que as 
atividades humanas são desenvolvidas e onde se encontra 
grande parte das fontes naturais e antrópicas de gases e 
material particulado (Figura 1).
Figura 1. Esboço da delimitação da Camada Limite Planetária. Disponível 
em: https://slideplayer.com.br/slide/1753870/. Acessado em: 10 de março de 
2021.
Seções de estudo Dentre os fenômenos que a micrometeorologia estuda, 
podemos ressaltar as trocas gasosas de calor/energia, 
movimento, massa, ocorrendo continuamente entre a 
superfície e a atmosfera. Como exemplos temos: os balanços 
de	 radiação	 e	 de	 energia,	 perfis	 verticais	 das	 propriedades,	
estatística dos processos turbulentos, atrito/cisalhamento do 
vento, processos convectivos etc.
2 - Tópicos em Micrometeorologia.
Como já vimos, a Micrometeorologia estuda os 
fenômenos que ocorrem dentro da Camada Limite Planetária 
(CLP), de modo que podemos mencionar como os principais 
tópicos:
•	 Turbulência	atmosférica	–	Pode	ser	definida	como	
o	movimento	caótico	(transporte	vertical	eficiente)	
onde as representações de forma aleatória e 
irregular da velocidade, temperatura, concentração, 
juntamente com análise estatística permite se ter 
valores médios, desvios, momentos superiores nas 
escalas de tempo e espaço. A interação do campo 
de vento com o solo e seu aquecimento devido 
ao sol, ou de seu resfriamento durante a noite por 
irradiação terrestre, produz um movimento caótico 
do ar conhecido como turbulência atmosférica. 
Essa turbulência é responsável pela dispersão na 
atmosfera (a diluição dos poluentes na horizontal 
e na vertical). Esse último efeito é limitado pela 
altura da Camada Limite Planetária (CLP), que 
por sua vez está relacionada com a turbulência 
atmosférica. A CLP pode ser considerada a região 
onde a turbulência é importante, ao passo que a 
atmosfera livre possui um movimento mais laminar 
(portanto, topo da CLP pode ser interpretado 
também como o nível que a turbulência desaparece 
ou	torna-se	insignificante)	(MOREIRA	et	al.,	2008).	
O conceito pode também ser aplicado quando 
ocorre uma alteração na velocidade e na direção de 
deslocamento de uma corrente de ar por conta da 
presença de barreiras naturais como montanhas, ou 
artificiais,	como	prédios.
•	 Dinâmica e termodinâmica dos fenômenos da 
Camada Limite Atmosférica – Podemos relatar 
que a Dinâmica lida com o movimento de objetos 
e que forças são responsáveis para tal movimento. 
A Meteorologia Dinâmica trata dos movimentos 
atmosféricos e sua evolução temporal; sua 
abordagem é baseada nas leis da Mecânica dos 
Fluídos e da Termodinâmica Clássica. É a base 
dos atuais modelos atmosféricos de previsão do 
tempo nos principais centros de previsão dos 
países desenvolvidos. O computador, como sua 
principal ferramenta, permite estudar a dinâmica 
das	forças	que	acabam	definindo	os	diferentes	tipos	
de nuvens e sistemas precipitantes. Uma dessas 
forças é o empuxo associado à presença de parcelas 
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de	ar	quente	e	úmido,	flutuantes	em	um	ambiente	
atmosférico mais frio e seco. A força da gravidade, 
isto é, o peso das parcelas, e as forças de arrasto 
aerodinâmico também são muito importantes. A 
convergência do escoamento horizontal do vento 
também tem um papel destacado na formação das 
tempestades, assim como a existência de potencial 
de liberação de energia potencial pela troposfera. 
Já a termodinâmica trata de sistemas, como eles 
interagem,	 como	 a	 energia	 flui	 dentro	 e	 fora	 do	
sistema e também como a entropia é gerada e a 
quantidade de energia é convertida em trabalho 
útil. Obedece sempre às quatro leis, entropia, 
temperatura, calor e volume. O conjunto de 
variáveis que é utilizado para descrever as condições 
de um sistema é chamado de estado termodinâmico. 
Assim, o estado de um sistema simboliza a sua 
condição, por meio de parâmetros como pressão, 
volume, temperatura. Quando um sistema sofre uma 
mudança de estado termodinâmico, dizemos que ele 
sofreu uma transformação, essas transformações 
podem ser reversíveis, quando as transformações 
ocorrem muito próximas da situação de equilíbrio, 
onde rapidamente o sistema volta à situação de 
equilíbrio, e as irreversíveis, que são aquelas em 
que as condições de equilíbrio são cada vez menos 
acessíveis, de modo que todo o sistema altera suas 
características de tal maneira que não seja mais 
possível que ele volte ao estado anterior.
•	 Fenômenos de troca de energia e massa na interface 
superfície-atmosfera - Fluxo de calor (o calor 
específico	à	pressão	constante	da	atmosfera.	Isto	é	
geralmente positivo durante o dia e é negativo à noite, 
quando a superfície cede energia para a atmosfera sob 
a forma de radiação); massa e momento (a massa é a 
quantidade de matéria do objeto, sendo uma grandeza 
escalar, e sua unidade no Sistema Internacional é o 
quilograma (kg); o momento se refere à medida 
de massa em movimento: quanta massa há e em 
quanto	movimento);	balanço	de	energia	superficial	
(esse	método	 se	 baseia	 em	medidas	 de	 flutuações	
da velocidade do vento e das concentrações de 
CO2);	 balanço	 de	 água	 superficial	 (esse	 método	
se	baseia	 em	medidas	de	flutuações	da	 velocidade	
do vento e das concentrações de vapor d’água); 
evapotranspiração (a taxa de evapotranspiração é 
normalmente expressa em milímetros (mm) por 
unidade de tempo, a qual representa a quantidade 
de água perdida de um solo cultivado em unidades 
de profundidade de água. A unidade de tempo pode 
ser hora, dia, mês, década, ou atémesmo um ciclo 
inteiro de uma cultura).
3 - Dispersão de Poluentes na 
Atmosfera
A poluição atmosférica ocorre em função das atividades 
antrópicas (queima de combustível fóssil, emissão de gases 
e material particulado) de uma comunidade e das condições 
atmosféricas em função do tempo (velocidade do vento 
e temperatura). Através das condições meteorológicas 
conseguimos estabelecer uma forma de ligação entre a fonte 
de poluição e o receptor, tendo como referência o transporte 
e a dispersão dos poluentes.
A dispersão de um poluente na atmosfera depende de 
dois fatores, em primeiro lugar, as condições meteorológicas 
e, depois, os parâmetros e condições em que se produz essa 
emissão na fonte (chaminé), como a velocidade e temperatura 
dos gases, vazão etc.
A difusão atmosférica é responsável pela transferência dos 
poluentes atmosféricos, sendo o vento o primeiro mecanismo 
de transporte. A diferenças de pressão em decorrência do 
aquecimento ou resfriamento da atmosfera pelo Sol, são os 
fatores responsáveis pelos ventos na Terra.
Para se avaliar a difusão atmosférica ou dispersão de 
poluentes, usam-se modelos matemáticos, alimentados por 
um conjunto de dados necessários à sua aplicação. Entre esses 
dados, os relacionados com as condições meteorológicas de 
estabilidade e turbulência são importantes e estão agrupados 
nas chamadas “categorias de estabilidade” (DERISIO, 2012).
Determina-se a estabilidade atmosférica mediante o 
gradiente térmico. As condições climáticas, os movimentos 
ascendentes e descendentes de volumes de ar, velocidade 
do vento, turbulência atmosférica, gradiente de temperatura, 
da insolação, da chuva, da neve. Assim, consideramos a 
atmosfera estável quando as forças ascensionais se opõem ao 
movimento vertical, e instável quando as forças ascensionais 
favorecem o movimento vertical.
Considerando-se a aceleração (A) e a temperatura (T) 
do ar pode-se, de forma reduzida, chegar a três diferentes 
condições na atmosfera:
•	 A = T estabilidade neutra
•	 A > T instabilidade
•	 Aestudo de dispersão atmosférica, inclusive pela EPA. 
Esse modelo baseia-se na hipótese da turbulência homogênea 
e	 estacionária,	 fluxo	 de	 emissão	 constante,	 contaminante	
quimicamente	 estável	 e	 topografia	 constante.	Possibilitando	
assim: 1 - Determinar as coordenadas cartesianas do ponto 
onde se deseje descobrir a concentração do contaminante; 2 
-	Verificar	qual	a	classe	de	estabilidade	atmosférica,	baseando-
se nas condições meteorológicas; 3 - Calcular a velocidade 
do vento na altura do topo da chaminé; 4 - Calcular a altura 
efetiva de lançamento; 5 - Determinar o valor dos parâmetros 
σy	e	σz	 	e	6	-	Calcular	a	concentração	de	contaminante	no	
ponto de interesse.
Chegamos, assim, ao final de nossa quarta aula. 
Espera-se que agora tenha ficado mais claro o 
entendimento de vocês sobre micrometeorologia e 
parâmetros climáticos, e a importância de se estudar 
a dispersão de poluentes na atmosfera.
Vamos, então, recordar? 
Retomando a aula
1 – A Micrometeorologia
Abordamos o conceito de Micrometeorologia como um 
ramo da ciência relacionado com a área da física que estuda os 
fenômenos atmosféricos na Camada Limite Planetária (CLP), 
numa escala temporal inferior a 1 hora, e espacial inferior a 2 
km.
2 – Tópicos em Micrometeorologia
Estudamos os fenômenos que ocorrem dentro da Camada 
Limite Planetária (CLP), dentre os quais podemos mencionar 
a turbulência atmosférica, a dinâmica e termodinâmica dos 
fenômenos da Camada Limite Atmosférica e os fenômenos 
de troca de energia e massa na interface superfície-atmosfera.
3 – Dispersão de Poluentes na Atmosfera
Averiguamos os principais modelos matemáticos 
disponíveis	 hoje,	 para	 quantificar	 a	 dispersão	 de	 poluentes	
atmosféricos (EPA - Environmental Protection Agency e o 
Gaussiano). Abordamos as características que os modelos 
matemáticos têm que adotar, conforme a intensão pretendida 
(modelos empíricos, modelos numéricos e modelos 
semiempíricos).
MOREIRA, D.M.; TIRABASSI, T.; MORAES, M.R.. 
Meteorologia e poluição atmosférica. Ambient. soc., v. 11, 
n. 1, p. 1-13, 2008.
DERISIO, J. C. Introdução ao controle de poluição 
ambiental. 4ª ed., Editora: Oficina de Textos, p. 228, 2012.
Vale a pena ler
Vale a pena
Companhia Ambiental do Estado de São Paulo - 
CETESB – Aborda as principais fontes de poluição e a 
dispersão dos poluentes atmosféricos. Disponível em: https://
cetesb.sp.gov.br/posgraduacao/wp-content/uploads/
sites/33/2017/11/Apostila-Polui%C3%A7%C3%A3o-
do-Ar-Gerenciamento-e-Controle-de-Fontes.pdf. Acesso 
em: 15 fev. 2022. 
Vale a pena acessar
Reportagem: Tubo de Ensaio - Laboratório de Micrometeorologia 
– UFSM (https://www.youtube.com/watch?v=_9w-KjRzEo0).
Vale a pena assistir