Sensibilidade dependente do regime do campo elétrico atmosférico (gradiente de potencial) à poluição do ar antropogênica em São Paulo, Brasil

Resumo do Estudo

O estudo analisa a sensibilidade do campo elétrico atmosférico, medido através do gradiente de potencial (PG), à poluição do ar antropogênica na megacidade de São Paulo durante o período de 2018–2024, utilizando um conjunto de dados de longo prazo sob condições estritas de tempo bom (fair weather) (sem precipitação e com filtragem local de cobertura de nuvens baseada em satélite < 20%). Antes de avaliar as correlações com poluentes, os autores constroem uma climatologia elétrica robusta do campo elétrico atmosférico urbano, demonstrando que seu ciclo diurno difere claramente da curva de Carnegie tanto em fase quanto em forma. O campo elétrico atmosférico em São Paulo apresenta uma forte modulação diurna, com máximas matinais e uma depressão à tarde associada à mistura convectiva, além de uma maior amplitude relativa no inverno, quando prevalecem condições atmosféricas mais estáveis.

A análise de correlação revela uma hierarquia reprodutível no acoplamento campo elétrico-poluente. Gases de combustão primários (NOₓ, NO e CO) mostram as associações mais fortes com o campo elétrico atmosférico, com coeficientes medianos diários em torno de 0,6 sob condições estáveis. Em contraste, o PM₁₀ apresenta uma relação mais fraca e variável que é dependente do regime dinâmico. Esta hierarquia é mantida tanto em subconjuntos estritamente simultâneos quanto em conjuntos expandidos, confirmando que não é um artefato estatístico. Além disso, o estudo demonstra que o acoplamento é fortemente dependente do ciclo diurno: as correlações são altas durante a noite e início da manhã, quando a camada limite é estável e a ventilação é fraca, mas diminuem acentuadamente à tarde devido ao aumento da mistura turbulenta.

Uma contribuição importante do trabalho é a análise de defasagens temporais (time lags). Os gases primários (NOₓ e CO) apresentam correlação máxima sem defasagem, enquanto as espécies secundárias e particuladas (NO₂ e PM₁₀) mostram uma defasagem positiva próxima a uma hora, sugerindo uma resposta elétrica mais imediata às emissões primárias e um alinhamento mais tardio para processos secundários ou particulados. Da mesma forma, o estudo quantifica a modulação pela velocidade do vento dentro do intervalo aceito para tempo bom: embora o vento não domine diretamente a variabilidade do campo elétrico, ele enfraquece sistematicamente o acoplamento campo elétrico-poluente à medida que a ventilação aumenta, com o efeito mais abrupto observado para o PM₁₀.

A análise de perturbações antropogênicas reforça a interpretação física. A greve dos caminhoneiros de 2018 não produziu um sinal persistente no campo elétrico, provavelmente devido à sua duração limitada. Em contraste, durante o lockdown da COVID-19 em 2020, observa-se uma redução sustentada no campo elétrico atmosférico sob condições de tempo bom, mantendo a estrutura diurna mas deslocando todo o perfil para valores mais baixos, fornecendo evidências de sensibilidade a uma diminuição significativa nas emissões.

Finalmente, utilizando modelos de regressão linear múltipla e Random Forest, avalia-se a capacidade preditiva do campo elétrico atmosférico para estimar as concentrações de CO, NO₂ e PM₁₀. Sob condições noturnas estáveis, os modelos alcançam valores de R² próximos a 0,5, enquanto o desempenho diminui ao considerar o ciclo diurno completo. A semelhança entre os modelos lineares e não lineares no regime estável sugere que o acoplamento físico é predominantemente linear quando a mistura atmosférica é suprimida.

No geral, o trabalho conclui que o campo elétrico urbano não deve ser interpretado como um proxy universal para a poluição, mas sim como um indicador elétrico dependente do regime dinâmico da camada limite atmosférica, cuja sensibilidade às emissões antropogênicas emerge preferencialmente sob condições estáveis e ventilação fraca em um ambiente de megacidade.

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