Monitoramento e Controle Ambiental

Apresentação em tema: "Monitoramento e Controle Ambiental"— Transcrição da apresentação:

1 Monitoramento e Controle Ambiental
Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente (PPG-MA) - UERJ UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

2 Ementa (resumida): Monitoramento e caracterização do ambiente; Amostragem e Qualidade de Dados; Estatísticas e Geoestatística; Aquisição e Processamento Automático de Dados; Mapas em Monitoramento Ambiental; Sistemas de Informações Geográficas e Bancos de Dados e seu uso em Monitoramento Ambiental; Monitoramento das águas superficiais; Monitoramento das águas subterrâneas; Monitoramento e controle da qualidade do ar; Amostragem do solo e da zona de vadose; Sensoriamento Remoto aplicado ao Monitoramento Ambiental; Uso de Animais no Monitoramento Ambiental. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

3 Bibliografia... Environmental Monitoring and Characterization - Janick Artiola, Ian L. Pepper, Mark L. Brusseau Conceptual Basis of Environmental Monitoring Systems: A Geospatial Perspective - D.A. Bruns and Gsma. B. Wiersma Advanced Environmental Monitoring - Young J. Kim (Editor), Ulrich Platt (Editor) Remote Sensing for Natural Resource Management and Environmental Monitoring,edited by Susn L. Hustin - free PDF books UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

4 Bibliografia Papers diversos Internet hyperlinks UERJ – Março 2008
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5 Caracterização do Ambiente
Monitoramento e Caracterização do Ambiente UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

6 Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
Ambiente – vizinhança, região em que nos encontramos inseridos O ambiente é um continuum de processos físicos, químicos e biológicos interligados e que não podem ser facilmente separados uns dos outros. Ex. água (nos estados sólido, líquido e gasoso) é encontrada na crosta terrestre, na atmosfera, na superfície terrestre e dentro de organismos vivos. Diversos fatores contribuem para a preservação/equilíbrio do meio ambiente. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

7 Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
Biocomplexidade – interdependência dos elementos dentro de um sistema ambiental específico e a interação entre diferentes tipos de sistemas. Pesquisas nos componentes individuais dos sistemas ambientais proporcionam informação limitada para a compreensão do todo. Recursos renováveis e sustentáveis + biodiversidade  sobrevivência do homem UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

8 Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
Monitorar: [1] olhar, observar ou verificar, tendo em vista um propósito determinado. [2] Acompanhar, regular ou controlar a operação de um processo, máquina ou sistema. Sistema - conjunto de elementos interrelacionados que interagem no desempenho de uma função [Jorge H. C. Fernandes]. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

9 Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
Monitoramento Ambiental (MA): é a observação e estudo do meio ambiente. Em termos científicos deseja-se coletar dados, a partir dos quais se possa derivar conhecimento. Três primeiros degraus da escada – enraízado no método científico. Área essencialmente multidisciplinar – requer conhecimentos de química, física, biologia, matemática, estatística, computação... UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

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11 Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
A informação gerada pelo MA pode ser usada de várias formas: Destino, a curto prazo, de espécie de peixes ameaçadas em um determinado rio; Preservação de recursos naturais (ex. pantanal, amazônia, etc.) Melhoria da qualidade de vida; Proteção & preservação da vida humana, animal e vegetal; UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

12 Regulação e Benefícios do MA...
Proteção dos mananciais (fontes de água) – inclui o monitoramento das águas de superfície e subterrâneas; causas da poluição das águas; tratamento de esgoto e de lixo e a sua disposição e descarga no meio ambiente. Gerenciamento de resíduos (lixo) radioativos– incluindo manipulação, reuso e possíveis impactosao meio ambiente e ao ser humano. Qualidade do ar urbano – causas da poluição; transportes e indústrias – efeitos na saúde do homem. Regulação (baseada em conhecimento) e benefícios do MA. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

13 Regulação e Benefícios do MA...
Proteção e Gerenciamento de Recursos Naturais – degradação do solo; exploração de florestas e madeiras; suprimento de água; suprimento de alimentos; recreação. Previsão do tempo – mudanças climáticas a curto e a longo prazo; catástrofes associadas (inundações, tornados, furacões, secas). Desenvolvimento econômico e planejamento do uso do solo – alocação de recursos; exploração de recursos. Crescimento populacional – padrões de densidade relacionados ao desenvolvimento econòmico e recursos naturais. Delineamento – mapeamento dos recursos naturais; classificação do solo; delineamento de wetland (charcos, pântanos), fontes de água, habitats críticos; alteração de fronteiras. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

14 Regulação e Benefícios do MA...
Espécies ameaçadas e biodiversidade – enumeração das espécies, extinção, descoberta e proteção. Mudanças climáticas globais – estratégias para controlar a emissão de poluentes e emissão de gases com efeitos sobre o clima e a saúde. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

15 Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
Através do MA sabe-se que: grande parte da superfície do solo, corpos d´água e blocos de gêlo contêm traços e ultra-traços de sintéticos químicos (ex. dioxinas) e componentes associados à poeira radioativa de explosões nucleares (eg. césio radioativo). as águas dos rios e lagos contêm traços de concentrações de pesticidas (origem na agricultura) e de agentes poluidores que atuam na atmosfera (eg. chuva ácida). For the chemical compounds which are environmental pollutants, see polychlorinated dibenzodioxins.Dioxin is a name for either one of two organic chemical compounds which are isomers and whose chemical structures are shown at right. These isomers are called 1,2-dioxin (or o-dioxin) and 1,4- dioxin (or p-dioxin). Both dioxins are heterocyclic compounds which have the chemical formula C4H4O2. What other health problems are linked to dioxin exposure? In addition to cancer, exposure to dioxin can also cause severe reproductive and developmental problems (at levels 100 times lower than those associated with its cancer causing effects). Dioxin is well-known for its ability to damage the immune system and interfere with hormonal systems. Dioxin exposure has been linked to birth defects, inability to maintain pregnancy, decreased fertility, reduced sperm counts, endometriosis, diabetes, learning disabilities, immune system suppression, lung problems, skin disorders, lowered testosterone levels and much more. For an detailed list of health problems related to dioxin, read the People's Report on Dioxin. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

16 Remediação/Reparação & Restauração Ambiental...
Foco no desenvolvimento e implementação de estratégias voltadas para reverter impactos ambientais negativos. Exemplos: contaminação de solos por metais Contaminação de águas por mercúrio Acidentes nucleares (eg. Chernobil) Acidentes radiológicos (eg. Goiânia) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

17 Remediação/Reparação & Restauração Ambiental...(1)
Remediação/Reparação - as atividades objetivam em remover ou tratar a contaminação. Remediação Ambiental (def. Wikipidia) - é um conjunto de técnicas e operações tendo em vista anular os efeitos nocivos, seja ao ser humano, seja ao restante da biota, de elementos tóxicos num determinado sítio. Em outras palavras, é um termo usado para corrigir problemas em áreas contaminadas (AC). UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

18 Remediação/Reparação & Restauração Ambiental...(2)
Restauração - as atividades objetivam reabilitar o eco- sistema. Para desenvolver e implantar atividades de remediação / restauração ambiental (interdisciplinares) é necessário o concurso de cientistas ambientais, engenheiros, especialistas em solos e em água, hidrologistas, microbiologistas, cientistas computacionais e estatísticos... UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

19 Remediação/Reparação & Restauração Ambiental...
É necessário um entendimentos dos principais processos físicos, químicos e biológicos existentes na região. A informação para isto é obtida através do Monitoramento Ambiental. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

20 Escalas de Observação... Central ao MA são as definições de observação, amostra e medida e sua relação com escala. A ciência e a engenharia possibilitam observações em escalas micro e global. Partículas subatômicas são usadas como sondas para determinar as propriedades atômicas e moleculares de sólidos, líquidos e gases. Com esta tecnologia pode-se detectar a presença de quantidades mínimas de produtos químicos no meio ambiente. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

21 Escalas de Observação... Sensores baseados em satélites varrem e mapeiam a superfície da terra várias vezes em um único dia. Contudo, todas as observações têm uma resolução finita em duas ou três dimensões, o que complica a definição de escala. Por exemplo, uma foto de satélite correspondendo a uma área de Km2 de uma bacia hidrográfica, tomada em uma única exposição e que possui uma resolução de 100 m2. Qual é a escala de observação: 100 Km2 ou 100 m2? Tempo é uma outra variável que freqüentemente define a escala de observação UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

22 Escalas Espaciais GLOBAL-Earth(> 1O,OOOkm)
MESO-Continent, country, state (> 1OOkm) INTERMEDIATE-Watershed, river, lake(> 1 km) FIELD-Agric. field, waste site (>1 m) MACRO-Animal, plant, soil clod (> 1 mm) MICRO-Soil particle, fungi, bacteria (> 1 m) ULTRA-MICRO-Virus, molecules (> 1 nm) ATOMIC – Atoms, subatomic particles (< 1 nm) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

23 GENERATION-LIFETIME (20-100 years) SEASONAL (>4 months)
Escalas Temporais GEOLOGIC (> 10,000 years) GENERATION-LIFETIME ( years) ANNUAL (>1 year) SEASONAL (>4 months) DAILY (>24 hours) HOURLY (>60 minutes) INSTANTANEOUS (<1 second) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

24 EXEMPLO UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias
A city air quality-monitoring station near a busy intersection collects air samples from an inlet 3 m above ground at a flow rate of 1 L min -1. The stream of air is passed through an infrared (IR) analyzer, and carbon monoxide (CO) concentrations are measured every second. One-second-interval data are stored in the instrument memory and every hour the mean value of the 1200 data points is sent by the instrument to a data logger (see Chapter 9). Subsequently, the data logger stores the 24 data points and computes a mean to obtain daily CO averages. The data logger sends the stored hourly and daily data to a central repository location for permanent storage and further statistical analysis. Figure 2.3a shows an example of mean 24- hour hourly data CO concen­trations during a winter month at Station #3. Daily values are then averaged monthly (Figure 2.3B) and finally mean annual values collected from three other city CO monitoring stations are compared (Table 1.1). Table 1.1 also shows maximum I-hour and 8-hour CO concentrations that can be used to determine compliance with air-quality standards (see Chapter 6) at four different city locations. The true scale and effort spent to collect these data often escapes the end user. The annual values are not the result of one large-scale (1 year long) measurement. They are the means of thousands of small-scale (I-second interval) measurements. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

25 Carbon Monoxide (CO) Concentrations Data Summary for 1998 from Stations # 1 to #4, in Tucson, Arizona Maximum Annual Average 1-hour CO 8-hourCO Station # (µgg-l) (µg g-l) 1 0.80 7.6 (11-16) 4.3 (11-16) 2 0.50 4.8 (12-03) 2.6 (01-08) 3 1.20 7.8 (11-14) 4.0 (11-27) 4 5.9 (01-08) 4.3 (01-09) Adapted from Pima County Department of Environmental Quality 1998 Annual Data Summary of Air Quality in Tucson, AZ. Report AQ-309. Note: Numbers in parentheses indicate date of recorded value. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

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29 Escalas x Medidas Como se relacionam as escalas e as medidas?
Essencialmente é impossível se estar em todos os lugares em qualquer tempo, ou seja é impossível observar e ver tudo. A Estatística ajuda os cientistas ambientais a extrapolar e interpolar informações, a partir de uma pequena amostra de observações, para o total da população ou ambiente. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

30 Organizações vinculadas ao MA
Várias instituições governamentais e da iniciativa privada (eventualmente organizações não-governamentais – ONG´s) estão envolvidas na coleta, armazenamento, estruturação e avaliação de dados ambientais. Instituições governamentais  aplicação das leis e regulamentos UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

31 Departamentos com vínculos em Monitoramento Ambiental (E.U.)
U.S. Department of Commerce National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) National Weather Service (NWS) National Environmental Satellite, Data & Information Service (NESDIS) National Oceanic Data Center (NODC) U.S. Census Bureau (USCB) Economics and Statistics Administration (ESA) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

32 Outras organizações federais independentes (E.U.)
Department of Health and Human Services Food and Drug Administration (FDA) Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Department of Defense (DOD) U.S. Army Corp of Engineers National Aeronautics and Space Administration (NASA) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

33 Outras organizações federais independentes (E.U.)…
Environmental Protection Agency (EPA) Office of Solid Waste and Emergency Response Office of Air and Radiation Office of Water Department of Interior (DOl) U.S. Geological Survey (USGS) National Biological Information Service (NBIS) Bureau of Land Management (BLM) U.S. Fish and Wildlife National Park Service (NPS) Bureau of Reclamation (BR) Office of Surface Mining (OSM) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

34 Outras organizações federais independentes (E.U.)…
Department of Energy (DOE) Federal Energy Regulatory Commission (FERC) U.S. Department of Agriculture (USDA) National Resources & Environment (NRE) UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

35 Estado atual e futuro do MA...
Muitos países são limitados em suas pesquisas ambientais Incipiente atividade de monitoramento ambiental Programas de monitoramento ambiental da ONU (e.g. GEMS WATER - Informações em escalas intermediárias são praticamente inexistentes em muitos países UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

36 Estado atual e futuro do MA...
E.U. possuem a maior rede de MA e repositório de dados em todo o mundo Em escala regional, o desenvolvimento de Sistemas de MA via satélite pelos E.U. e outras nações industrializadas está fornecendo informações (de superfície) de regiões remotas e subdesenvolvidas. Disseminação da informação em escala mundial via Internet UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

37 Estado atual e futuro do MA...
Dificuldade da integração de dados entre agências Necessidade da aplicação de padrões comuns Necessidade de uso do mesmo software de comunicação e protocolo para a troca de dados A adoção universal do Sistema Internacional de Unidades (SI) Em escala global a harmonização de dados ambientais cabe ao United Nations Environment Program (UNEP) – UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

38 Estado atual e futuro do MA...
UNEP fornece dados ambientais, incluindo previsão de tendências, em áreas que incluem: avaliação do ambiente, atmosfera, água, biodiversidade, energia e química. Até recentemente a maioria dos programas ambientais preocupava-se com assuntos de curto prazo e relacionados à saúde e bem estar do homem, ignorando as mudanças de longo prazo no meio ambiente. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

39 Estado atual e futuro do MA...
O White House National Science & Technology Council (E.U.) propos a National Environment Initiative para integrar as redes e programas de MA nos E.U. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

40 Recomendações do WHNSTC para uma estrutura de MA nos E.U. [1]
Integrar programas e redes de pesquisas ambientais através de escalas espaciais e temporais e entre recursos  + alta prioridade Aumentar o uso de informação baseada em sensoriamento remoto para a detecção e avaliação do status ambiental e mudanças; coordenar estas análises com monitoramento e pesquisas in situ. Selecionar variáveis que forneçam pronta resposta às necessidades de políticas. O White House National Science & Technology Council (E.U.) propos a National Environment Initiative para integrar as redes e programas de MA nos E.U. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

41 Recomendações do WHNSTC para uma estrutura de MA nos E.U. [2]
Assegurar que as variáveis mensuradas e as localizações em que são mensuradas são sensitivas às alterações ambientais. Estabelecer padrões e protocolos para compatibilidade e qualidade de dados como componentes integrais do framework. Adotar protocolos baseados em performance para controle de qualidade e gerenciamento da informaçãoaplicáveis a todos componentes do framework. Estabelecer um programa nacional de controle de qualidade. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

42 O Futuro do MA [1] Ainda existe um grande desconhecimento do ambiente (ex. abelhas nativas x preservação das florestas???). Isto diz respeito ao passado, presente e futuro. Decisões a níveis local, regional, nacional e global são tomadas como se o crescimento econômico fosse perdurar indefinidamente. O homem adota práticas que exaurem os recursos naturais, destrói habitats e dispõe de plantas e animais até (ou próximo) a sua extinção. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias

43 O Futuro do MA [2] Poluição continua em índices crescentes.
Impactos ambientais em um país reflete-se em outros... (exemplos) Necessidade de mais informações geradas a partir do MA para antecipar mudanças futuras. Os dados ambientais devem ser coletados em todas as escalas, devem ser de alta qualidade, fáceis de usar e intercambiáveis. Maior uso de sistemas de MA baseados em satélite conjugado com monitoramento e pesquisas in situ. UERJ – Março 2008 © Oscar Luiz Monteiro de Farias