sul nordeste -leste

UMA CARACTERIZAÇÃO DOS VENTOS EM SANTA CRUZ PARA APLICAÇÃO EM
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Patricia Vieira Waldheim1
Isimar de Azevedo Santos2
ABSTRACT
In this study the Index of Directional Constancy calculated from the components zonal and
meridional of the wind was carried through a characterization of the regimen of winds in Santa
Cruz. Analyses of the wind for different periods of the day and for the seasons of the year had been
made in order to study its seasonality and the importance of the diurnal cycle of the direction of the
wind in Santa Cruz and surrounds. The results show that the region around Santa Cruz presents a
standard of wind strongly influenced by the land and sea breezes, determined for the presence of the
Bay of Sepetiba.
RESUMO
Neste estudo foi realizada uma caracterização do regime de ventos em Santa Cruz utilizando
o Índice de Constância Direcional calculado a partir das componentes zonal e meridional do vento.
Foram realizadas análises do vento para diferentes períodos do dia e para todas as estações do ano a
fim de estudar a sua sazonalidade e a importância do ciclo diurno da direção do vento no local e
arredores. Os resultados mostram que a região em torno de Santa Cruz apresenta um padrão de
vento marcantemente influenciado pelas brisas de mar e de terra, determinado pela presença da Baía
de Sepetiba.
INTRODUÇÃO
A Bacia da Baía de Sepetiba possui uma área de aproximadamente 2.700 km 2
compreendendo, parcial ou totalmente, territórios de 12 municípios do estado do Rio de Janeiro. A
Região em estudo, Santa Cruz, faz parte dos 36% da área do município do Rio de Janeiro incluída
1e2
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na bacia que é composta por parte da região correspondente à Zona Oeste do município (Campo
Grande, Santa Cruz e Guaratiba, além de pequena parcela de Bangu) que representa cerca de 17%
das atividades industriais, comércio e serviços na bacia.
Santa Cruz é uma região de baixada onde se encontram grandes empreendimentos que
certamente interferiram na ocupação desta área: a base aérea de Santa Cruz (25,5 km 2), pertencente
ao Ministério da Aeronáutica; a Termoelétrica de Santa Cruz e o Distrito Industrial de Santa Cruz
(73,74 ha), entre outros.
A Figura 1 apresenta a área da Bacia da Baía de Sepetiba onde pode-se identificar os
municípios pertencentes a bacia, e a topografia que delimita a região. A Baía de Sepetiba, com área
de aproximadamente 305 km2, encontra-se limitada à nordeste pela Serra do Mar, ao norte pela
Serra de Madureira, a sudeste pelo Maciço da Pedra Branca e ao sul pela Restinga da Marambaia.
Figura 1 – Região da Bacia da Baía de Sepetiba.
Considerando que o território da bacia de Sepetiba concentra grande parte das áreas mais
promissoras para a expansão demográfica da Região Metropolitana do Rio de Janeiro, com a
intensificação do uso industrial e o crescimento populacional das áreas urbanizadas, representadas
basicamente pelos núcleos de Santa Cruz e Paciência, tornam-se mais importantes os estudos para a
melhoria de vida da região e, portanto estudos em meteorologia, que irão caracterizar a dispersão de
poluentes no local.
A qualidade do ar depende não somente da quantidade de poluentes emitidos, mas também da
capacidade da atmosfera de dispersar esses poluentes. Este segundo fator será potencializado de
acordo com as características meteorológicas da camada limite atmosférica (CLP), parte mais baixa
da atmosfera na qual a estrutura dinâmica do escoamento é diretamente influenciado pela interação
com a superfície. Sendo assim, o regime de ventos, a ocorrência de inversões térmicas, a presença
de sistemas meteorológicos e a topografia, objetos caracterizadores da CLP de uma região, são
determinantes na diluição dos poluentes.
Com o objetivo de caracterizar os ventos na região de Santa Cruz, visando uma aplicação em
poluição atmosférica, foi estudado o regime do escoamento dentro da CLP utilizando dados
anemométricos de uma estação representativa da região. Porém avaliar os ventos apenas por sua
direção predominante representaria em perda de informação, como por exemplo, um período
específico do dia cuja direção do vento não seja a predominante, mas seja crítica para a dispersão de
poluentes. Para evitar este desperdiço foi utilizado o Índice de Constância Direcional (Van Den
Broeke e Van Lipzig, 2001) a fim de analisar também a variância dos ventos em Santa Cruz ao
longo do dia.
METODOLOGIA
Para a caracterização do regime de ventos na região de Santa Cruz foram utilizados dados
horários de direção e velocidade do vento provenientes da Fundação Estadual de Engenharia do
Meio Ambiente (Feema) e medidos na estação meteorológica automática de Furnas Centrais
Elétricas S.A localizada em Santa Cruz (coordenadas UTM – X:626483 e Y:7465142) para o
período de 2001 a 2003.
Primeiramente foram realizados os cálculos do Índice de Constância Direcional (ICD), a
partir das componentes zonal e meridional do vento obtidas através dos dados anemométricos da
seguinte forma:
u  c  sin 
e
v  c  cos
onde u e v são a componente zonal e meridional do vento, respectivamente; c é a velocidade e  a
direção do vento medidas na estação.
O Índice de Constância Direcional é definido como a razão entre a intensidade resultante do
vento e a média da intensidade do vento de acordo com a seguinte equação:
(u  v )
2
ICD 
2
1
2
1
(u 2  v 2 ) 2
Índices elevados, próximos a 1, representam alta constância direcional do vento dentro do
período de tempo analisado, enquanto que índices que se aproximam de 0 indicam pouca constância
durante o período avaliado.
Através dos dados de vento também foi possível a elaboração de rosas dos ventos para todas
as estações do ano e separadas por turnos do dia. Estes turnos do dia foram assim arbitrados: a
madrugada é o período das 04UTC às 09UTC, a manhã corresponde ao período das 10UTC às
15UTC, a tarde vai das 16UTC às 21UTC e finalmente a noite vai das 22UTC às 03UTC. Na região
a hora local corresponde a 3 horas a menos que a hora UTC no outono, no inverno e na primavera,
enquanto que no verão a diferença é de 2 horas a menos. A estação do verão é representada pelos
meses de dezembro, janeiro e fevereiro, o outono pelos meses de março, abril e maio, para o
inverno os meses representativos são junho, julho e agosto e no caso da primavera tem-se os meses
de setembro, outubro e novembro caracterizando-a.
RESULTADOS
Na Figura 2 é apresentada a rosa dos ventos da estação de Santa Cruz para todo o período
estudado. Esta figura sugere a persistência dos ventos em dois quadrantes marcantes, o quadrante
sudoeste e o quadrante nordeste.
Figura 2 – Rosa dos Ventos para a estação de Furnas Santa Cruz para o período de janeiro de 2001 a
dezembro de 2003.
Utilizando o ICD, pôde-se realizar a análise do grau de variação dos ventos em Santa Cruz de
acordo com as estações do ano e em função das horas do dia, como mostrado na Figura 3. É
possível observar que para todas as épocas do ano o ICD se encontra sempre acima de 0.9. Portanto
os ventos na estação possuem alta constância direcional, ou seja, para cada horário durante o dia, o
vento tende a ser de uma mesma direção. Apesar de o ICD não apresentar grandes diferenças de
acordo com as estações do ano seus maiores valores são encontrados no inverno.
Verão
Índice de Constância Direcional
Outono
Inverno
Primavera
1,00
0,90
0,80
0,70
ICD
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Horas do Dia
Figura 3 – Índices de Constância Direcional de acordo com as horas do dia para as estações do ano,
utilizando dados de vento no período de 2001 a 2003.
A fim de avaliar a direção do vento predominante de acordo com os turnos do dia para as
estações do ano na região de Santa Cruz, foram realizadas as análises apresentadas nas Figuras 4, 5,
6 e 7. As figuras mostram as rosas dos ventos médias para cada uma dessas estações para cada turno
do dia utilizando o período de 2001 a 2003.
Pode-se notar na Figura 4 que a predominância dos ventos para o turno da madrugada é de
norte/nordeste para todas as estações do ano, embora apresente uma pequena parcela dos ventos no
quadrante sul/oeste que se mostra maior na primavera.
(a) Madrugada - Verão
(b) Madrugada – Outono
(c) Madrugada Inverno
(d) Madrugada Primavera
Figura 4 – Rosas dos Ventos para o período da madrugada para o (a) verão, (b) outono, (c) inverno,
(d) primavera, para 2001 a 2003.
A Figura 5 mostra que para o turno da manhã e para todas as estações do ano os ventos
possuem predominância na direção nordeste e uma parcela mínima no terceiro quadrante, mas que é
um pouco mais significante na primavera em comparação com as outras estações.
(a) Manhã – Verão
(b) Manhã – Outono
(c) Manhã – Inverno
(d) Manhã - Primavera
Figura 5 – Rosas dos Ventos para o período da manhã para o (a) verão, (b) outono, (c) inverno, (d)
primavera, para 2001 a 2003.
O regime de vento na estação para o turno da tarde é mostrado na Figura 6. Para todas as
estações do ano o vento predominante se encontra na direção sul/sudoeste, característica marcante
principalmente na estação da primavera. Porém os ventos também fluem de nordeste para todas as
estações à tarde. Aparentemente este regime dinâmico da região à tarde está relacionado com o giro
anti-horário do vento da direção norte/nordeste para sul/sudoeste, de acordo com o ciclo diurno do
aquecimento do continente, um padrão no hemisfério sul para circulações de brisas e demonstrado
de forma análoga para o hemisfério norte (giro horário do vento) em Pielke e Segal, 1986.
(a) Tarde – Verão
(b) Tarde - Outono
(c) Tarde – Inverno
(d) Tarde - Primavera
Figura 6 – Rosas dos Ventos para o período da tarde para o (a) verão, (b) outono, (c) inverno, (d)
primavera, para 2001 a 2003.
A Figura 7 apresenta as características do vento para o período da noite. O vento, no período
da noite, em todas as estações é predominantemente de sul/sudoeste, apesar de apresentar uma
pequena parcela com direção norte/nordeste.
(a) Noite – Verão
(b) Noite – Outono
(c) Noite – Inverno
(d) Noite – Primavera
Figura 7 – Rosas dos Ventos para o período da noite para o (a) verão, (b) outono, (c) inverno, (d)
primavera, para 2001 a 2003.
CONCLUSÃO
Neste estudo foi realizada uma caracterização dos ventos em Santa Cruz, uma região em
franco desenvolvimento e, portanto com um alto potencial de degradação da qualidade do ar e do
meio ambiente. Foram utilizados dados horários de direção e velocidade do vento, do período de
janeiro de 2001 a dezembro de 2003, e uma ferramenta denominada Índice de Constância
Direcional (ICD).
Foi verificado que a região possui duas direções predominantes do vento, norte-nordeste e
sul-sudeste. Porém, caracterizar uma região apenas por sua direção predominante pode acarretar em
perda de informação e para sobrepor este problema foi utilizado o ICD e verificado que seus valores
apontam uma alta constância direcional durante todos os horários do dia, para todas as estações do
ano.
A partir deste resultado puderam-se analisar os ventos por períodos do dia através da direção
predominante correspondente a cada turno.
Através das rosas dos ventos para cada uma das estações do ano, observou-se que no período
da madrugada e manhã, os ventos são predominantemente de nordeste, ou seja, nas horas mais frias
do dia em que o vento possui seu sentido da terra ara o mar. Já no período da tarde o vento possui
maior freqüência de ocorrência na direção sudeste, soprando do mar para a terra, porém com uma
significante componente de nordeste. Durante o horário da noite o vento possui direção
predominante de sudeste, ou seja, o sentido do vento é do mar para a terra.
Dessa forma o estudo mostra a forte influência da presença da Baía de Sepetiba no regime de
ventos da região, impondo um ciclo diurno, ou seja, um processo de brisa muito marcante. O vento
possui sentido terra-mar nas horas do dia em que o continente se encontra mais frio que o mar
(madrugada e manhã), e sentido mar-terra quando o continente se encontra mais aquecido que o mar
(tarde e noite).
O período do dia no qual o vento possui seu sentido do mar para a terra (S-SW) é altamente
prejudicial às áreas densamente populosas da região, pois são justamente as horas do dia em que se
tem intensa atividade industrial, e onde a direção do vento tende a manter os poluentes sobre o
continente e aprisioná-los nos corredores formados pela topografia.
Em 1997 a Zona Oeste se mostrou como o segundo maior reduto de doenças respiratórias na
Cidade do Rio de Janeiro como apresentado por Barbosa, 2002. Este mesmo estudo aponta a
evolução do processo de urbanização da Zona Oeste do município, que é realizado sem
planejamento urbano e ambiental, com suas indústrias, pedreiras e vias de trânsito, como principais
causas da deterioração da qualidade do ar e do meio ambiente local. Assim este estudo mostra a
importância de um conhecimento criterioso do clima e das condições atmosféricas de uma
determinada região, principalmente de áreas urbanas, para que seu desenvolvimento se realize de
forma que os efeitos sobre o meio ambiente locais sejam mínimos.
BIBLIOGRAFIA
BARBOSA, D. R., 2002: O Conforto Ambiental na Interface Saúde - Meio Ambiente na Área
Central da Região Administrativa de Bangu - Município do Rio de Janeiro. Dissertação de
Mestrado em Geografia, Universidade do Brasil (UFRJ), Programa de Pós Graduação em
Geografia, Rio de Janeiro.
PIELKE, R. A. e M. Segal, 1986: Mesoscale Circulations Forced by Differential Terrain Heating.
In: Ray, Peter S., Mesoscale Meteorology and Forecasting. Boston, American Meteorological
Society, 1986, p.516-548.
VAN DEN BROEKE, M. R. e VAN LIPZIG, N. P. M., 2003: Factors Controlling the Near-Surface
Wind Field in Antarctica. Monthly Weather Review, American Meteorological Society, Abril,
2003, vol.131, p.733-743.