Efeito da poluição na incidência de raios durante a pandemia da COVID-19

A correlação entre a poluição antropogénica por aerossóis e a atividade de raios é conhecida há muito tempo, embora ainda não tenha sido identificado o mecanismo que os liga. Os confinamentos decretados para conter a pandemia de COVID-19 foram uma oportunidade sem precedentes para aprofundar esta relação.

Estudos anteriores a 2020 sobre o efeito da poluição na incidência dos raios mostram uma correlação positiva dos aerossóis antropogénicos com o aumento da atividade dos raios na área1-5. A relação entre os dois fatores é complexa, não linear, e depende da concentração e do tipo de aerossóis6. Por um lado, os aerossóis podem atuar como núcleos de condensação de nuvens7, contribuindo para a formação de gotículas, eletrificação de nuvens e geração de raios8. No entanto, concentrações elevadas destes aerossóis poderiam levar a uma redução dos raios devido aos efeitos radiativos 9,10. Além disso, a incidência de raios depende da meteorologia, o que distorce o efeito associado aos aerossóis11.

Na sequência da propagação de infeções pelo coronavírus SRA-CoV-2, que causa a doença respiratória COVID-19, a OMS (Organização Mundial de Saúde) reconheceu este surto como uma pandemia em março de 2020. Vários países decretaram confinamentos a fim de assegurar o distanciamento social.

Como consequência direta das restrições de mobilidade e do encerramento da atividade económica não essencial, verificou-se uma diminuição das emissões de poluentes atmosféricos, incluindo PM2.5 (partículas com diâmetro igual ou inferior a 2.5 micrómetros) e PM10 (partículas com diâmetro entre 10 e 2.5 micrómetros).11-16 Esta oportunidade única permitiu uma análise detalhada da relação entre os aerossóis e a incidência de raios em Itália11 e no Brasil12. Neste artigo discutiremos brevemente ambas as publicações.

Atividade de raios sobre São Paulo e Belo Horizonte (Brasil)

A 19 de Março de 2020, começaram os confinamentos em grandes cidades do Brasil, tais como São Paulo e Belo Horizonte. Por conseguinte, Pinto Neto et al.12 escolheram um período de análise de 20 de março a 2 de abril de 2020, que foi comparado com os dados obtidos de 2015 a 2020.

Os autores do artigo encontraram uma redução considerável da poluição em 2020 em comparação com os anos anteriores. Em São Paulo, a percentagem de raios nuvem-terra foi de 4%, o que é significativamente inferior aos valores de outros anos. A corrente média de pico para os raios negativos nuvem-terra foi também inferior à de 2018, 2016 e 2015. Em contraste, na cidade de Belo Horizonte, a percentagem de raios positivos nuvem-terra é significativamente mais elevada do que os valores registados nos anos anteriores. Em qualquer caso, todos estes aspetos mostram uma forte influência da redução da poluição sobre as características dos raios. Além disso, esta influência pode ser diferente em cada cidade, dependendo das diferenças na concentração de poluentes.

Os resultados da variação da percentagem de raios nuvem-terra e nuvem-terra positivos de Pinto Neto et al.12 estão de acordo com os relatados de Liu et al.17. Neste estudo, foram comparadas regiões oceânicas poluídas e não poluídas do Mar do Sul da China. Como não há contraste termodinâmico diferente nas regiões oceânicas adjacentes, os raios produzidos no oceano podem servir como indicador dos efeitos dos aerossóis. Este trabalho encontrou um aumento da densidade média dos raios (em 3.7 vezes), da densidade intra-nuvem dos raios (em 5 vezes), da densidade de raios nuvem-terra (em 2.5 vezes), da densidade de raios positivos intra-nuvem (em 6.0 vezes) como de nuvem-terra (em 14.7 vezes) para a região poluída em comparação com a região não poluída17.

Portanto, os resultados do estudo de Pinto Neto et al.12 durante o confinamento no Brasil, apoiam os dados de trabalhos anteriores onde a incidência de raios é considerada como não linearmente relacionada com a concentração e o tipo de contaminação.

Influência do confinamento em descargas atmosféricas no valle del Po

O valle del Po é uma região altamente industrializada no norte de Itália com elevada atividade de raios, causada pelas características meteorológicas (proximidade de montanhas, fluxo de humidade do mar Adriático, convergência de massas de ar frio e quente). Além disso, neste vale, as condições de ventilação são pobres e, juntamente com a baixa temperatura, promovem a permanência dos aerossóis por longos períodos de tempo11.

O confinamento decretado em Itália para a pandemia da COVID-19 durou de 9 de março a 18 de maio de 2020, embora a isto se tenha seguido um longo período de redução das medidas. Como resultado, houve uma diminuição drástica na atividade industrial, no tráfego e no transporte ferroviário, o que levou a uma diminuição da concentração de PM2.5 e outros poluentes11.

Este período de confinamento e redução das medidas coincidiu com um decréscimo de 70% na atividade de raios, bem como com uma queda de 15% na concentração de PM2.5 nos dias de trovoada, quando comparado com a média climatológica do vale entre 2017 a 2020.

Os autores tiveram em conta as alterações meteorológicas que também influenciam a concentração do aerossol, mas que são independentes do confinamento. Por conseguinte, utilizaram três parametrizações baseadas na meteorologia para estimar o efeito da redução da concentração de PM2.5 na atividade do raio. Os cálculos mostraram que cerca de 64% da diminuição de raios podia ser atribuída à meteorologia, enquanto que cerca de 36% provinha da redução da emissão de aerossóis11.

Tanto os estudos brasileiros como os italianos apoiam a teoria de que os aerossóis antropogénicos têm um impacto na atividade do raio. Os resultados destes estudos são muito interessantes para aplicar à otimização da previsão dos raios de acordo com modelos climáticos globais12 e à previsão dos incêndios florestais causados por raios 11,18.

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Referências

  1. Naccarato, K. P., Pinto Jr., O. & Pinto, I. R. C. A. Evidence of thermal and aerosol effects on the cloud-to-ground lightning density and polarity over large urban areas of Southeastern Brazil. Geophys. Res. Lett. 30, 1674 (2003).
  2. Mushtaq, F., Nee Lala, M. G. & Anand, A. Spatio-temporal variability of lightning activity over J&K region and its relationship with topography, vegetation cover, and absorbing aerosol index (AAI). Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics vol. 179 (Elsevier Ltd, 2018).
  3. Bell, T. L. et al. Midweek increase in U.S. summer rain and storm heights suggests air pollution invigorates rainstorms. J. Geophys. Res. 113, (2008).
  4. Williams, E. & Stanfill, S. The physical origin of the land–ocean contrast in lightning activity. Comptes Rendus Phys. 3, 1277–1292 (2002).
  5. Orville, R. E. et al. Enhancement of cloud-to-ground lightning over Houston, Texas. Geophys. Res. Lett. 28, 2597–2600 (2001).
  6. Farias, W. R. G., Pinto, O., Naccarato, K. P. & Pinto, I. R. C. A. Anomalous lightning activity over the Metropolitan Region of São Paulo due to urban effects. Atmos. Res. 91, 485–490 (2009).
  7. Tao, W.-K., Chen, J.-P., Li, Z., Wang, C. & Zhang, C. Impact of aerosols on convective clouds and precipitation. Rev. Geophys. 50, RG2001 (2012).
  8. Mansell, E. R. & Ziegler, C. L. Aerosol Effects on Simulated Storm Electrification and Precipitation in a Two-Moment Bulk Microphysics Model. J. Atmos. Sci. 70, 2032–2050 (2013).
  9. Tan, Y. B., Peng, L., Shi, Z. & Chen, H. R. Lightning flash density in relation to aerosol over Nanjing (China). Atmos. Res. 174175, 1–8 (2016).
  10. Shi, Z., Wang, H., Tan, Y., Li, L. & Li, C. Influence of aerosols on lightning activities in central eastern parts of China. Atmos. Sci. Lett. 21, (2020).
  11. Pérez-Invernón, F. J., Huntrieser, H., Gordillo-Vázquez, F. J. & Soler, S. Influence of the COVID-19 lockdown on lightning activity in the Po Valley. Atmos. Res. 263, (2021).
  12. Pinto Neto, O., Pinto, I. R. C. A. & Pinto, O. Lightning during the COVID-19 pandemic in Brazil. J. Atmos. Solar-Terrestrial Phys. 211, 105463 (2020).
  13. Cameletti, M. The Effect of Corona Virus Lockdown on Air Pollution: Evidence from the City of Brescia in Lombardia Region (Italy). Atmos. Environ. 239, 117794 (2020).
  14. Lolli, S., Chen, Y.-C., Wang, S.-H. & Vivone, G. Impact of meteorological conditions and air pollution on COVID-19 pandemic transmission in Italy. Sci. Rep. 10, (2020).
  15. Zoran, M. A., Savastru, R. S., Savastru, D. M. & Tautan, M. N. Assessing the relationship between surface levels of PM2.5 and PM10 particulate matter impact on COVID-19 in Milan, Italy. Sci. Total Environ. 738, (2020).
  16. Jones, C. D. et al. The Climate Response to Emissions Reductions Due to COVID-19: Initial Results From CovidMIP. Geophys. Res. Lett. 48, (2021).
  17. Liu, Y. et al. Aerosol Effects on Lightning Characteristics: A Comparison of Polluted and Clean Regimes. Geophys. Res. Lett. 47, e2019GL086825 (2020).
  18. Pérez-Invernón, F. J. et al. Lightning-ignited wildfires and long-continuing-current lightning in the Mediterranean Basin: Preferential meteorological conditions. Atmos. Chem. Phys. (2021) doi:10.5194/acp-2021-125.