As médias e grandes cidades sul-americanas experimentaram nos últimos anos um constante crescimento demográfico, devido a aspectos socioeconômicos como a periurbanização e o êxodo rural. O aumento das emissões de gases traço tóxicos para a troposfera, devido à expansão urbana, e o consequente aumento da concentração dos gases secundários oriundos de sua oxidação afetam a qualidade de vida nas cidades e no entorno. Os seus efeitos locais e seu impacto em áreas remotas têm sido objetos recentes de estudos observacionais e de modelagem numérica. Particularmente sobre a influência regional, salienta-se que o continente sul-americano carece de trabalhos com esse escopo. Portanto, propõe-se estudar o impacto regional das emissões urbanas na qualidade do ar e na previsão do tempo químico sobre a América do Sul, através da utilização do modelo CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System), já operacional para a América do Sul e com um extenso desenvolvimento regional. Com esse intuito trabalhou-se no desenvolvimento de um inventário regional de emissões veiculares em áreas urbanas da América do Sul, mediante a análise e agregação dos inventários municipais disponíveis, o estudo da sua operacionalização em resoluções mais finas e a construção de cenários de emissão, a partir dessa base regional, para futuros estudos de relação entre a qualidade do ar regional e as mudanças climáticas. O inventário regional de emissões urbanas para a América do Sul propiciou um ganho significativo na modelagem da química atmosférica em escala regional sobre esse continente, e mostrou-se virtualmente aplicável em todas as resoluções, o que também inclui o seu refinamento com a inserção das emissões veiculares das rodovias e a distribuição mais realista das emissões na Região Metropolitana de São Paulo, proporcionando um ganho significativo na previsão do tempo químico em resoluções mais finas. Com a utilização dessa ferramenta e extensivo trabalho no modelo CCATT-BRAMS, mostrou-se que as grandes cidades sulamericanas influenciam consideravelmente a produção de ozônio no seu entorno, com regimes químicos distintos dependendo da latitude. Por fim, trabalhou-se na geração de inventários regionais futuros de emissão dos precursores do ozônio para o período de 2011 a 2030. Os cenários estimados apontam uma redução da emissão de monóxido de carbono e compostos orgânicos voláteis não metano em torno de 37% em 2030 com relação às emissões urbanas atuais, porém, um aumento de 7% na emissão de NOX comparando o mesmo período, sugerindo que os atuais programas nacionais de controle da emissão de óxidos de nitrogênio, provindos principalmente de veículos pesados a diesel, não serão suficientes para sua redução daqui a 19 anos.
The larger cities in South American have a significant urban population growth due mainly to socioeconomic factors such as urban expansion and loss of agricultural land. The increase of toxic trace gases emissions to the atmosphere, due to urban expansion and their oxidation products affect the quality of life in the cities and the surrounding areas. The local air quality effects of urban emissions and the regional impacts of extensive urban areas have been the subjects of observational and modeling studies. However, there are only a few studies about the South American cities regional influence in the atmospheric chemical composition.Therefore, it was proposed to study the regional impact of urban emissions on air quality and chemical weather forecast over South America using the CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System), operational for South America and with a comprehensive regional development. For this purpose, we worked on the development of an urban vehicle emissions inventory for South America, based on the analysis and aggregation of available inventories for the major cities, with emphasis on its application in regional atmospheric chemistry modeling, its applicability at various resolutions and the construction of future emission scenarios aiming of establish a relationship between regional air quality and climate change. The use of local emissions databases integrating specific information about urban centers into a broader database is shown to be relevant for a good representation of emissions in chemical weather forecasting models on local and regional scales. The applicability of this methodology in a broad range resolution, including the refinement with the inclusion of vehicular highways emissions and a more realistic distribution of emissions in the Metropolitan Area of São Paulo, provides a significant gain in chemical weather forecasts in finer resolutions. Using this tool and with extensive work on CCATT-BRAMS model, we showed that the larger South American cities has a significant influence on the ozone production in the surrounding area, and has distinct chemical regimes depending on their latitude location. Finally, we worked on the generation of urban emission inventories scenarios for ozone precursors in the period 2011-2030. The scenarios show a significant reduction of carbon monoxide and non-methane volatile organic emissions (around 37%) in 2030 relative to 2010, however, we estimated a increasing of 7% for the NOX vehicular emission comparing the same period, suggesting that the current national programs for emission control, will not be enough to reduce the NOX emission and ozone production in the next 19 years.
