Tecnologia Necessidade de muita energia Geração de resíduos

Emissões Globais x Emissões Locais Principais gases de efeito estufa – efeitos globais: CO2, CH4, N20, O3, CFCs Outros Poluentes atmosféricos – efeitos Locais (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

Concentração de CO2 atmosférico Ano de 2008 Concentração de CO2 atmosférico 385 ppm 38% acima do valor pre-industrial ano ppm ano-1 2000 1.24 2001 1.85 2002 2.39 2003 2.21 2004 1.61 2005 2.41 2006 1.79 2007 2.17 2008 2.28 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 Not even an El Nino year and it was supposed to be a financial crisis year, but not an effect on the bottom line, the atmospheric CO2. Annual mean growth rate of atmospheric CO2 was 2.2 ppm per year in 2007 (up from 1.8 ppm in 2006), and above the 2.0 ppm average for the period 2000-2007. The average annual mean growth rate for the previous 30 years was about 1.5 ppm per year. This increase is to large extent expected given the much larger fossil fuel emissions during the same period (see Section 2). This increase brought the atmospheric CO2 concentration to 383 ppm in 2007, 37% above the concentration at the start of the industrial revolution (about 280 ppm in 1750).  The present concentration is the highest during the last 650,000 years and probably during the last 20 million years. [ppm = parts per million]. Data Source: Pieter Tans and Thomas Conway, NOAA/ESRL

I - As cidades impactam o clima global As concentrações atmosféricas de dióxido de carbono, metano e óxido Nitroso aumentaram significativamente desde 1750 e agora excedem os valores da época pré-industrial …75% das emissões globais se originam nas cidades! IPCC WGI 2007

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 Sulfatos Aerossol Atmosférico Black Carbon COV NOx O3 Ozônio

Ozônio (O3) PAN Ozônio (O3) PAN Poluentes atmosféricos: SO2 (dióxido de enxofre) CO (monóxido de carbono) MP (material particulado) NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio) COV (Compostos Orgânicos Voláteis) Primários O3 Formação do Ozônio Sol Sol secundários secundários Oxigênio (O2) + Compostos orgânicos Voláteis (COV)+ Óxidos de nitrogênio (NOx) Ozônio (O3) PAN Ozônio (O3) PAN

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. Ramanathan &Carmichael Nature Geoscience 1, 221 (2008)

Partículas Inaláveis (PM10) Partículas de Aerossol Courtesia of U. Lohmann Partículas Finas (PM2.5) Baseada na apresentação de Guy Brasseur Partículas Inaláveis (PM10)

Diâmetro de cabelo humano 40000nm ou 40 μm Partículas ultra-finas 3 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 I – O impacto no clima Regional: Chuva ácida Ozônio Troposférico Aerossóis, gases efeito estufa Local: Poluição do Ar Efeitos à saúde Ilha de calor Pluma Pessoas Fonte: WMO

Fotos: “ATLAS AMBIENTAL DO MUNICÍPIO DE SÃO PAULO” Fotos: profa. Adalgiza Fornaro Fotos: “ATLAS AMBIENTAL DO MUNICÍPIO DE SÃO PAULO”

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)

Impacto das mudanças climáticas nos poluentes urbanos 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

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 ALBEDO É 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 ao espalhamento [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.

Varies with latitude and altitude in the atmosphere Gases involved in the Greenhouse Effect: past and present concentration and sources. Greenhouse Gas Concentration 1750 1995 Percent Change Natural 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) 900 ppt Not Applicable Refrigerators; Aerosol spray propellants; Cleaning solvents Ozone Unknown Varies 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 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 nuvem LWC – Conteúdo de água líquida (IPCC, 2007, modificado de Haywood e Boucher, 2000)

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. 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.