Tecnologia

Necessidade de muita energia

Geração de resíduos

Emissões Globais x Emissões Locais

Principais gases de efeito estufa – efeitosglobais:CO2, CH4, N20, O3, CFCs

Outros Poluentes atmosféricos – efeitosLocais (possuem legislação para padrão de qualidade do ar):CO, HC, NOx, SO2, MP, O3, etc.

Espécies que estão associadas com as variações globais

Ligação entre os poluentes do ar e Balanço radiativo

Ano de 2008Concentração de CO2 atmosférico

385 ppm38% acima do valor pre-industrial

Concentração de CO2 atmosférico

1970 – 1979: 1.3 ppm ano-1

1980 – 1989: 1.6 ppm ano1

1990 – 1999: 1.5 ppm ano-1

2000 - 2008: 2.0ppm ano-1

2008: 2.3 ppm ano-1

ano ppm ano-1

2000 1.242001 1.852002 2.392003 2.212004 1.612005 2.412006 1.792007 2.172008 2.28

Data

Sou

rce:

Pie

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Thom

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y, N

OAA

/ESR

L

As concentrações atmosféricas de dióxido de carbono, metano e óxidoNitroso aumentaram significativamente desde 1750 e agora excedem os valores da época pré-industrial

…75% das emissões globais se originam nas cidades!

IPCC WGI 2007

I - As cidades impactam o clima global

No Brasil as emissões de CO2

75% originam-se de queima de biomassa

25% de queima de combustíveis fósseis

A fonte mais importante para a emissão de gases do efeito estufa na América do Sul é a queima de biomassa

Poluentes emitidos/formados em áreas urbanas com impacto global

Aerossol Atmosférico

Sulfatos

Black Carbon

OzônioCOV

NOx

O3

Poluentes atmosféricos:

SO2 (dióxido de enxofre)

CO (monóxido de carbono) MP (material particulado)

NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio)

COV (Compostos Orgânicos Voláteis)

Formação do Ozônio

Oxigênio (O2) +Compostos orgânicos Voláteis (COV)+Óxidos de nitrogênio (NOx)

Ozônio (O3)PAN

Sol

O3

Prim

ário

ssecundários

Ozônio (O3)PAN

Sol

secundários

Ramanathan &CarmichaelNature Geoscience 1, 221 (2008)

Black carbon climate danger “underestimated”’

Black carbon, uma parcela importante da cinza, é produzido a partir da queima incompleta de combustíveis, e exerce um papel muito importante no aquecimento global, maior do que havia sido previamente estimado.

Estudos mostram que o Black Carbon pode ser o segundo maior contribuidor para o aquecimento global, ficando somente atrás do Dióxido de Carbono.

Partículas de

Aerossol

Courtesia ofU. Lohmann Partículas Finas (PM2.5)

Partículas Inaláveis (PM10)Baseada na apresentação deGuy Brasseur

Diâmetro de cabelo humano40000nm ou 40 μm

Partículas ultra-finas3 nm a 100 nm

Animação do TOMS cobrindo o intervalo de 13 a 21 de Junho de 2001, mostrando poeira africana

atravessando o Atlântico e depositando partículas do Deserto do Sahara sobre o Caribe.

http://science.nasa.gov/headlines/y2001/ast26jun_1.htm

Sulfatos antropogênicos produzem forçamento radiativo negativo, levando a um resfriamento global. Estimativas recentes de forçamento médio global por

sulfatos está no intervalo de -0.3 a -1.3 W/m2. Maiores incertezas: distribuição temporal e espacial dos

sulfatos e suas propriedades óticas.

Impacto das cidades para o clima

-Mudança do uso do solo-Efeitos sobre o balanço radiativo-Efeitos sobre a circulação atmosférica-Emissão de poluentes

-Balanço Hídrico-Absorção/espalhamento da radiação

Global: mudanças climáticas

Regional:Chuva ácidaOzônio TroposféricoAerossóis, gases efeito estufa

Local:Poluição do ArEfeitos à saúde

Ilha de calor Pluma

Pessoas

I – O impacto no clima

Fonte: WMO

Fotos: “ATLAS AMBIENTAL DO MUNICÍPIO DE SÃO PAULO”

Fotos: profa. Adalgiza Fornaro

Impacto das mudanças climáticas nas cidades

•Aumento da poluição atmosférica•Estresse térmico•Enchentes•Seca•Mudanças nos padrões de distribuição de doenças infecto-contagiosas

Impactos na Indústria, Assentamentos, Sociedade

•Temperaturas mais altas–Menor demanda de energia para aquecimento–Maior demanda para condicionadores de ar–Pior qualidade do ar nas cidades–Menor efeito da neve, do gelo

IPCC 2007 WGII Report

Emissões de gases estufa em 2000.

A emissão de CO2 (excluindo uso do solo) para o Estado de São Paulo foi de 83 milhões t CO2 em 2003, que o tornaria o 39º maior emissor de CO2.

Fonte: World Resources Institute, 2005.

Variações nas emissões de CO2 (excluindo uso do solo) desde 1990 por unidade de produto interno bruto e per capita. (Fonte SMA)

CO2 emitido por queima de combustíveis fósseis por país (2000)

SOURCE: U.S. Energy Information Administration, International Energy Annual, 2002, and International Energy Outlook, 2001

Consumo de CO2 per capita

Fonte: US Department of Energy's Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC)

Estimated changes in O3 and associated summertime mortality in the 2050s compared with those in the 1990s for M1, where climate change alone drives changes in air quality. (A) Changes in mean 1-hr daily maximum O3 concentrations (ppb). (B) Percent changes in O3-related mortality.

Assessing Ozone-Related Health Impacts under a Changing Climate. Kim Knowlton,1 et al. 2004Environ Health Perspect. 2004 November; 112(15): 1557–1563.

Impacto das mudanças climáticas nos poluentes urbanos

The effects of global changes upon regional ozone pollution in the United States.J. Chen1,*, et al., Atmos. Chem. Phys. Discuss., 8, 15165–15205, 2008

Impacto das mudanças climáticas nos poluentes urbanos

Exemplo de aumento de sustentabilidade

• Telhados verdes. Plateau Mont-Royal, 2004, Owen Rose O sucesso do futuro das cidades depende de uma adaptação a condições ecologicamente mais saudáveis.

Telhados Verdes.

glossário

ALBEDOÉ uma medida da quantidade de luz solar refletida por uma superfície

planetária. Albedos variam de 1 (reflexão total) a 0 (absorção total). A média do albedo da Terra é 0,33, mas nuvens e gelo podem se aproximar de 1,0. O do oceano é menor que 0,2. O aquecimento global reduz o gelo, neve e parte da cobertura de nuvens, o que leva a um menor albedo planetário,

uma maior absorção de luz solar e mesmo mais aquecimento global.

• EFEITO ESTUFA• A maior parte da energia radiante do Sol está na faixa visível e

infravermelho próxima. O ar, quando sem nuvens e poeira, é tão transparente a essa radiação quanto o é o vidro de uma estufa. Superfícies na Terra, ou dentro da estufa, são aquecidas pela luz solar e parte dessa calidez é transferida ao ar em contato com as superfícies. O ar quente permanece na estufa principalmente por que as paredes e o teto de vidro impedem que o vento agitado o dissipe. A Terra é mantida quente de uma maneira semelhante, mas não idêntica, pela absorção do calor radiante emitido da superfície quente pelos gases dióxido de carbono, vapor de água e metano. Esses gases presentes no ar, embora transparentes à luz, são parcialmente opacos aos comprimentos de onda maiores emitidos por uma superfície morna. O efeito estufa há muito mantém quente o ar da superfície e, na ausência de poluição, é benigno: sem ela, a Terra seria 32°C mais fria e provavelmente incompatível com vida.

• RESPOSTA (FEEDBACK) POSITIVO E NEGATIVO• Sistemas autorreguladores de qualquer tipo, desde um forno controlado por

termostato até o ser humano, sempre incluem algo que detecta quaisquer desvios do estado desejado ou escolhido, um suprimento de energia e os meios de aplicar força que se opõe ou estimula o desvio. Quando o carro que estamos dirigindo se desvia do nosso caminho pretendido, detectamos o desvio e, como nossos braços, aplicamos força suficiente para girar o volante para virar as rodas dianteiras de volta à trajetória: isto é resposta (feedback) negativo. Se, por acidente, o mecanismo do volante estivesse com um defeito tal que girar o volante virasse os pneus dianteiros de maneira a aumentar o desvio, isto seria feedback positivo. Essa é com frequência uma receita para desastre, mas o feedback positivo pode ser essencial para tornar um sistema ágil e rapidamente reativo. Quando falamos de círculos viciosos, estamos pensando em feedback positivo e é esse o estado em que a Terra parece se encontrar agora: desvios do sistema são amplificados, e não suprimidos, de maneira que maior calor leve a calor ainda maior.

Absorção e espalhamento

• Vamos ver como essa radiação interage com os constituintes atmosféricos-processos de absorção e espalhamento

Absorção e espalhamento

Curvas de distribuição espectral da irradiância solar: irradiância observada no topo da atmosfera, irradiância observada ao nível do mar. As áreas sombreadas representam as bandas de absorção devido aos vários gases em uma atmosfera limpa. O envelope mais externo para essas áreas sombreadas indicam a redução da irradiância solar devido aoespalhamento [Adaptado de Liou, 1980].

- (a)-Espectros de corpo negro associados à temperatura de irradiação do sol (6000 K) e da terra (255 K). (b)-Espectros de absorção de alguns gases da atmosfera.

ABSORÇÃO NA ATMOSFERA         O espalhamento e a reflexão simplesmente mudam a direção da

radiação. Contudo, através da absorção, a radiação é convertida em calor. Quando uma molécula de gás absorve radiação esta energia é

transformada em movimento molecular interno, detectável como aumento de temperatura. Portanto, são os gases que são bons absorvedores da radiação disponível que tem papel preponderante no aquecimento da

atmosfera.

• Na atmosfera como um todo, nenhum gás absorve efetivamente radiação entre 0,3 µm e 0,7  µm; portanto, existe uma larga "janela". Esta região do espectro corresponde ao intervalo visível ao qual pertence uma grande fração da radiação solar. Pode-se dizer que a atmosfera é bastante transparente à radiação solar incidente pois absorve apenas 19% de sua energia e que, portanto, esta não é um aquecedor eficiente da atmosfera.

Gases involved in the Greenhouse Effect: past and present concentration and sources.

Greenhouse Gas Concentration1750

Concentration1995

Percent ChangeNatural and Anthropogenic Sources

Carbon Dioxide 280 ppm 360 ppm 29 %

Organic decay; Forest fires; Volcanoes; Burning fossil fuels; Deforestation; Land-use change

Methane 0.70 ppm 1.70 ppm 143 %

Wetlands; Organic decay; Termites; Natural gas & oil extraction; Biomass burning; Rice cultivation; Cattle; Refuse landfills

Nitrous Oxide 280 ppb 310 ppb 11 %

Forests; Grasslands; Oceans; Soils; Soil cultivation; Fertilizers; Biomass burning; Burning of fossil fuels

Chlorofluorocarbons (CFCs)

0 900 ppt Not ApplicableRefrigerators; Aerosol spray propellants; Cleaning solvents

Ozone UnknownVaries with latitude and

altitude in the atmosphere

Global levels have generally decreased in the stratosphere and increased

near the Earth's surface

Created naturally by the action of sunlight on molecular oxygen and artificially through photochemical smog production

Some common molecules and compounds. The molecules in the top row bond with each other by sharing electrons. The compounds in the bottom row also share electrons. However, these joins are called ionic bonds.

Atenuação da radiação atmosférica pelas partículas

• Partículas de aerossol podem espalhar e/ou absorver radiação eletromagnética

• Espalhamento é um processo que conserva a energia total mas a direção que a radiação é propagada pode ser alterada

• Absorção é um processo que remove energia do campo eletromagnético e converte em outra forma

• Extinção ou atenuação é a soma de espalhamento e absorção

Efeitos diretos e indiretos: nuvens e aerossóis

Diagrama mostrando os vários mecanismos radiativos associados com os efeitos considerados significativos dos aerossóis. Os pequenos pontos negros são os aerossóis, os círculos abertos são as gotas de nuvens. Linhas retas representam a radiação solar incidente e refletida e ondas tortuosas representam a radiação terrestre. CDNC – Concentração em número das gotas de nuvemLWC – Conteúdo de água líquida

(IPCC, 2007, modificado de Haywood e Boucher, 2000)

Nuvens com baixa concentração de aerossóis e poucas gotas grandes não espalham bem a luz, e permitem a passagem da radiação solar que atinge a superfície.

Alta concentração de aerossóis fornecem os pontos para nucleação necessários para a formação de muitas gotas pequenas. Até 90% da radiação visível é refletida de volta ao espaço sem atingir a superfície.