Radiocarbon analysis in an Alpine ice core: Record of anthropogenic and biogenic contributions to carbonaceous Radiocarbon analysis in an Alpine ice core: Record of anthropogenic and biogenic contributions to carbonaceous aerosols in the past (1650-1940)

Long-term concentration records of carbonaceous particles (CP) are of increasing interest in climate research due to their not yet completely understood effects on climate. Nevertheless, only poor data on their concentrations and sources before the 20th century are available. We present a first long-term record of organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) concentrations – the two main fractions of CP – along with the corresponding fraction of modern carbon (fM) derived from radiocarbon (14C) analysis in ice. This allows a distinction and quantification of natural (biogenic) and anthropogenic (fossil) sources in the past. CP were extracted from an ice archive, with resulting carbon quantities in the microgram range. Analysis of 14C by accelerator mass spectrometry (AMS) was therefore highly demanding. We analysed 33 samples of 0.4 to 1 kg ice from a 150.5 m long ice core retrieved at Fiescherhorn glacier in December 2002 (46°33'3.2" N, 08°04'0.4" E; 3900 m a.s.l.). Samples were taken from bedrock up to the firn/ice transition, covering the time period 1650–1940 and thus the transition from the pre-industrial to the industrial era. Before ~1850, OC was approaching a purely biogenic origin with a mean concentration of 24 μg kg−1 and a standard deviation of 7 μg kg−1. In 1940, OC concentration was about a factor of 3 higher than this biogenic background, almost half of it originating from anthropogenic sources, i.e. from combustion of fossil fuels. The biogenic EC concentration was nearly constant over the examined time period with 6 μg kg−1 and a standard deviation of 1 μg kg−1. In 1940, the additional anthropogenic input of atmospheric EC was about 50 μg kg−1.

THEODORE, a two-step heating system for the EC/OC determination of radiocarbon (14C) in the environment

Measurements of 14C in the organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) fractions, respectively, of fine aerosol particles bear the potential to apportion anthropogenic and biogenic emission sources. For this purpose, the system THEODORE (two-step heating system for the EC/OC determination of radiocarbon in the environment) was developed. In this device, OC and EC are transformed into carbon dioxide in a stream of oxygen at 340 and 650 �C, respectively, and reduced to filamentous carbon. This is the target material for subsequent accelerator mass spectrometry (AMS) 14C measurements, which were performed on sub-milligram carbon samples at the PSI/ETH compact 500 kV AMS system. Quality assurance measurements of SRM 1649a, Urban Dust, yielded a fraction of modern fM in total carbon (TC) of 0.522 ±0.018 (n ¼ 5, 95% confidence level) in agreement with reported values. The results for OC and EC are 0.70± 0.05 (n ¼ 3) and 0.066 ± 0.020 (n ¼ 4), respectively.

Multi-criteria ranking and source apportionment of airborne particulate matter

Particulate matter research is essential because of the well known significant adverse effects of aerosol particles on human health and the environment. In particular, identification of the origin or sources of particulate matter emissions is of paramount importance in assisting efforts to control and reduce air pollution in the atmosphere. This thesis aims to: identify the sources of particulate matter; compare pollution conditions at urban, rural and roadside receptor sites; combine information about the sources with meteorological conditions at the sites to locate the emission sources; compare sources based on particle size or mass; and ultimately, provide the basis for control and reduction in particulate matter concentrations in the atmosphere. To achieve these objectives, data was obtained from assorted local and international receptor sites over long sampling periods. The samples were analysed using Ion Beam Analysis and Scanning Mobility Particle Sizer methods to measure the particle mass with chemical composition and the particle size distribution, respectively. Advanced data analysis techniques were employed to derive information from large, complex data sets. Multi-Criteria Decision Making (MCDM), a ranking method, drew on data variability to examine the overall trends, and provided the rank ordering of the sites and years that sampling was conducted. Coupled with the receptor model Positive Matrix Factorisation (PMF), the pollution emission sources were identified and meaningful information pertinent to the prioritisation of control and reduction strategies was obtained. This thesis is presented in the thesis by publication format. It includes four refereed papers which together demonstrate a novel combination of data analysis techniques that enabled particulate matter sources to be identified and sampling site/year ranked. The strength of this source identification process was corroborated when the analysis procedure was expanded to encompass multiple receptor sites. Initially applied to identify the contributing sources at roadside and suburban sites in Brisbane, the technique was subsequently applied to three receptor sites (roadside, urban and rural) located in Hong Kong. The comparable results from these international and national sites over several sampling periods indicated similarities in source contributions between receptor site-types, irrespective of global location and suggested the need to apply these methods to air pollution investigations worldwide. Furthermore, an investigation into particle size distribution data was conducted to deduce the sources of aerosol emissions based on particle size and elemental composition. Considering the adverse effects on human health caused by small-sized particles, knowledge of particle size distribution and their elemental composition provides a different perspective on the pollution problem. This thesis clearly illustrates that the application of an innovative combination of advanced data interpretation methods to identify particulate matter sources and rank sampling sites/years provides the basis for the prioritisation of future air pollution control measures. Moreover, this study contributes significantly to knowledge based on chemical composition of airborne particulate matter in Brisbane, Australia and on the identity and plausible locations of the contributing sources. Such novel source apportionment and ranking procedures are ultimately applicable to environmental investigations worldwide.

Atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons in the urban environment: Occurrence, toxicity and source apportionment

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) represent a major class of toxic pollutants because of their carcinogenic and mutagenic characteristics. People living in urban areas are regularly exposed to PAHs because of abundance of their emission sources. Within this context, this study aimed to: (i) identify and quantify the levels of ambient PAHs in an urban environment; (ii) evaluate their toxicity; and (iii) identify their sources as well as the contribution of specific sources to measured concentrations. Sixteen PAHs were identified and quantified in air samples collected from Brisbane. Principal Component Analysis – Absolute Principal Component Scores (PCA- APCS) was used in order to conduct source apportionment of the measured PAHs. Vehicular emissions, natural gas combustion, petrol emissions and evaporative/unburned fuel were the sources identified; contributing 56%, 21%, 15% and 8% of the total PAHs emissions, respectively, all of which need to be considered for any pollution control measures implemented in urban areas.

Large-chamber methane and nitrous oxide measurements are comparable to the backward Lagrangian stochastic method

Measurement of individual emission sources (e.g., animals or pen manure) within intensive livestock enterprises is necessary to test emission calculation protocols and to identify targets for decreased emissions. In this study, a vented, fabric-covered large chamber (4.5 × 4.5 m, 1.5 m high; encompassing greater spatial variability than a smaller chamber) in combination with on-line analysis (nitrous oxide [N2O] and methane [CH4] via Fourier Transform Infrared Spectroscopy; 1 analysis min-1) was tested as a means to isolate and measure emissions from beef feedlot pen manure sources. An exponential model relating chamber concentrations to ambient gas concentrations, air exchange (e.g., due to poor sealing with the surface; model linear when ≈ 0 m3 s-1), and chamber dimensions allowed data to be fitted with high confidence. Alternating manure source emission measurements using the large-chamber and the backward Lagrangian stochastic (bLS) technique (5-mo period; bLS validated via tracer gas release, recovery 94-104%) produced comparable N2O and CH4 emission values (no significant difference at P < 0.05). Greater precision of individual measurements was achieved via the large chamber than for the bLS (mean ± standard error of variance components: bLS half-hour measurements, 99.5 ± 325 mg CH4 s-1 and 9.26 ± 20.6 mg N2O s-1; large-chamber measurements, 99.6 ± 64.2 mg CH4 s-1 and 8.18 ± 0.3 mg N2O s-1). The large-chamber design is suitable for measurement of emissions from manure on pen surfaces, isolating these emissions from surrounding emission sources, including enteric emissions. © © American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, and Soil Science Society of America.

Good science for improving policy: greenhouse gas emissions from agricultural manures

Australia’s and New Zealand’s major agricultural manure management emission sources are reported to be, in descending order of magnitude: (1) methane (CH4) from dairy farms in both countries; (2) CH4 from pig farms in Australia; and nitrous oxide (N2O) from (3) beef feedlots and (4) poultry sheds in Australia. We used literature to critically review these inventory estimates. Alarmingly for dairy farm CH4 (1), our review revealed assumptions and omissions that when addressed could dramatically increase this emission estimate. The estimate of CH4 from Australian pig farms (2) appears to be accurate, according to industry data and field measurements. The N2O emission estimates for beef feedlots (3) and poultry sheds (4) are based on northern hemisphere default factors whose appropriateness for Australia is questionable and unverified. Therefore, most of Australasia’s key livestock manure management greenhouse gas (GHG) emission profiles are either questionable or are unsubstantiated by region-specific research. Encouragingly, GHG from dairy shed manure are relatively easy to mitigate because they are a point source which can be managed by several ‘close-to-market’ abatement solutions. Reducing these manure emissions therefore constitutes an opportunity for meaningful action sooner compared with the more difficult-to-implement and long-term strategies that currently dominate agricultural GHG mitigation research. At an international level, our review highlights the critical need to carefully reassess GHG emission profiles, particularly if such assessments have not been made since the compilation of original inventories. Failure to act in this regard presents the very real risk of missing the ‘low hanging fruit’ in the rush towards a meaningful response to climate change

Changes in atmospheric concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls between the 1990s and 2010s in an Australian city and the role of bushfires as a source

Over recent decades, efforts have been made to reduce human exposure to atmospheric pollutants including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and polychlorinated biphenyls (PCBs) through emission control and abatement. Along with the potential changes in their concentrations resulting from these efforts, profiles of emission sources may have also changed over such extended timeframes. However relevant data are quite limited in the Southern Hemisphere. We revisited two sampling sites in an Australian city, where the concentration data in 1994/5 for atmospheric PAHs and PCBs were available. Monthly air samples from July 2013 to June 2014 at the two sites were collected and analysed for these compounds, using similar protocols to the original study. A prominent seasonal pattern was observed for PAHs with elevated concentrations in cooler months whereas PCB levels showed little seasonal variation. Compared to two decades ago, atmospheric concentrations of ∑13 PAHs (gaseous + particle-associated) in this city have decreased by approximately one order of magnitude and the apparent halving time ( t 1 / 2 ) was estimated as 6.2 ± 0.56 years. ∑6 iPCBs concentrations (median value; gaseous + particle-associated) have decreased by 80% with an estimated t 1 / 2 of 11 ± 2.9 years. These trends and values are similar to those reported for comparable sites in the Northern Hemisphere. To characterise emission source profiles, samples were also collected from a bushfire event and within a vehicular tunnel. Emissions from bushfires are suggested to be an important contributor to the current atmospheric concentrations of PAHs in this city. This contribution is more important in cooler months, i.e. June, July and August, and its importance may have increased over the last two decades.

Determinação de compostos monoaromáticos voláteis provenientes de emissões de veículos leves, em estacionamentos subterrâneos.

Este trabalho visa determinar a contribuição das emissões evaporativas provenientes dos veículos leves de passageiro, para a degradação da qualidade do ar atmosférico. O objetivo principal é avaliar as concentrações compostos monoaromáticos voláteis Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos (BTEX) em ambientes confinados, sendo este realizado em um local que caracterize a realidade da frota veicular da Região metropolitana do Rio de Janeiro. As amostras foram coletadas em um estacionamento subterrâneo de um Shopping Center da zona norte do Rio de Janeiro, através do sistema de amostragem ativa, utilizando cartucho de carvão ativo como adsorvente. As amostras foram extraídas com solvente orgânico e analisadas posteriormente por Cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CGEM). As médias dos resultados obtidos foram 52,7 g.m-3 para o benzeno, 203,6 g.m-3 para o tolueno, 44,6 g.m-3 para o etilbenzeno, 115,7 g.m-3 para os xilenos, sendo o tolueno o composto encontrado em maior abundância. Esses resultados foram comparados com resultados encontrados na literatura de emissões veiculares em ambientes confinados como garagens e túneis. Foi investigada a correlação com as emissões do veículo em movimento, obtidas através de estudos previamente realizados em um túnel de grande circulação e as emissões obtidas no estacionamento subterrâneo. Através desses dados ficou demonstrada diferença das fontes de emissão.

Estudo isotópico e geoquímico dos sedimentos costeiros da Costa Verde do Estado do Rio de Janeiro para identificação de atividades antrópicas

A Costa Verde se localiza no estado do Rio Janeiro, onde também está localizada a Ilha Grande, importante polo turístico do estado. É composta pelas baías Sepetiba e Ilha Grande, que podem ser compartimentadas em diversas enseadas. As principais enseadas são Sepetiba, Marambaia, Mangaratiba, Angra dos Reis, Ribeira, Frade e Paraty. O presente estudo foi realizado nas enseadas de Mangaratiba, Angra dos Reis e Ribeira e foram compilados dados de Sepetiba e Marambaia estudado por outros autores. O objetivo do estudo destas enseadas foi identificar os metais e suas fontes e os mecanismos que os controlam, além de propor novos parâmetros de concentração de metais que indiquem processos de contaminação. O método utilizado foi a coleta de sedimento de fundo através da utilização de Van Veen e analisados por digestão total em espectrômetro de massa da qual se obteve a concentração dos elementos Ca, Cd, Co, Cr, Cu, K, Pb, Na, Ni, Sr, S, U, V e Zn, além das razões isotópicas de chumbo, com prioridade da razão 206Pb/207Pb. Foram obtidos resultados que indicam que a enseada de Mangaratiba apresenta as maiores concentrações de metais e com predominante contribuição antrópica cujas fontes são, os empreendimentos localizados na costa dessa enseada, incluindo o TEBIG. A enseada de Angra dos Reis também apresenta concentrações elevadas de metais, provenientes de efluentes domésticos, rejeito industrial ao qual se inclui o estaleiro Verolme e com forte controle do embasamento da enseada. A enseada da Ribeira tem seus metais fornecidos pelo porto de Bracuhy e uma fonte desconhecida que são controlados, em parte, pelos efluentes da CNAAA. Em relação a interação entre as cinco enseadas existe mútua troca de metais controlados pela dinâmica da Costa e acentuada pelo Canal de Ilha Grande (que liga as duas baias), onde a dispersão dos metais também é controlada por temperatura, fração sedimentar, profundidade e salinidade. Os principais metais relacionados às fontes antrópicas na Costa Verde são Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb e Zn. As concentrações hoje apresentadas na resolução CONAMA não atendem a realidade da Costa Sul brasileira, sendo então propostos novos parâmetros de controle, menos permissivo

Avaliação de um biorreator piloto de lodo ativado no controle de odores.

Apesar da importância das estações de tratamento de efluentes industriais (ETEIs) na conservação dos ecossistemas, estas podem ser geradoras de gases com maus odores contendo compostos orgânicos voláteis - COVs. Os maus odores têm sido motivos de protestos e reclamações por parte da população circunvizinha às fontes emissoras. Em virtude da conscientização ambiental, e dos impactos sobre a saúde do homem, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a eficiência de um biorreator aeróbio piloto no controle de gases odoríferos emitidos em estação de tratamento de efluentes de indústrias de alimentos. Foi desenvolvido um sistema de difusão de ar odorífero em um reator aeróbio de lodo ativado, hermeticamente fechado, operado no regime de batelada sequencial, durante os dias 14, 21, 23, e 30 do mês de julho.Foram realizadas análises dos parâmetros físico-químicos do lodo ativado utilizado no reator aeróbio piloto, como determinação dos sólidos, DBO5, DQO, OD, pH, temperatura e IVL. A atividade da biomassa do lodo ativado foi avaliada por meio do teste de Respirometria. A eficiência do reator quanto à redução da DQO dos gases foi analisada por meio da absorção dos gases em solução de dicromato de potássio. Para avaliação da mensuração dos odores utilizou-se o método de cromatografia gasosa e espectrometria de massa, quantificando amostras de gases odorantes adsorvidas em tubos de carvão ativado, na entrada e na saída dobiorreator. Os resultados obtidos confirmaram o potencial do sistema de difusão em lodos ativados para o tratamento de gases odoríferos em ETEI, com eficiência de remoção dos COV`s variando de 97,3% a 98,9%.

Ambient Noise in the Kitimat Fjord System

Sound is an important medium for communication and marine organisms have evolved to capitalize on the efficiency with which sound energy travels through water. Anthropogenic and natural sound sources contribute to ocean ambient noise, which can interfere with the use of this sensory modality by marine animals. Anthropogenic noise sources have been increasing steadily over recent decades largely due to coastal population growth, increased global transportation, and offshore industrialization. Understanding the potential impacts of anthropogenic noise requires the establishment of ambient acoustic baselines from which to measure change. Establishing baselines, especially in quiet areas still largely unaffected by anthropogenic stressors, is particularly crucial in the face of the expansion of offshore industries, increasing coastal population and growing reliance on the ocean for global transportation. Global demand for liquid natural gas (LNG), catalyzed primarily by a growing Asian market, is expected to increase significantly in the next 20 years. The geographic position of British Columbia relative to these markets, a growing supply of LNG and new technology for extraction and shipping situate British Columbia as a strong competitor in the lucrative market. The LNG industry could have many adverse impacts on these territories and ecosystems. The Kitimat Fjord System is slated for the development of these LNG export facilities increasing shipping traffic for the port and thus increasing ambient noise in the fjord system. The purpose of this study is to 1) quantify the existing sound levels in the area surrounding Gil Island and 2) identify potential source mechanisms in order to provide a baseline study of the acoustic environment in the Kitimat Fjord system prior to potential increases from LNG shipping.

Distribuição por tamanhos do aerosol atmosférico na Península Ibérica

Um dos principais fatores que afetam negativamente a qualidade do ambiente em muitas cidades em todo o mundo é o material particulado (PM). A sua presença na atmosfera pode ter impactos negativos na saúde humana, clima, património edificado e ecossistemas. Muitos dos estudos realizados em áreas urbanas focam apenas as frações respiráveis (PM10 e PM2,5). No entanto, os processos de formação, a identificação das fontes emissoras e os efeitos dependem muito da distribuição granulométrica das partículas. A atenção tem recaído na análise de hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs), devida à sua carcinogenicidade e a informação disponível sobre outros compostos é escassa. O presente estudo consistiu na obtenção do PM distribuído por diferentes frações de tamanho e na análise detalhada da sua composição química, em dois locais urbanos da Península Ibérica (Madrid e Lisboa). Dado que os veículos representam uma das principais fontes emissoras em ambientes urbanos, efetuou-se uma caracterização mais detalhada deste tipo de emissões, conduzindo uma campanha de amostragem num túnel rodoviário (Marquês de Pombal, Lisboa). As amostragens, em ambas as cidades, decorreram durante um mês, quer no verão quer no inverno, em dois locais urbanos distintos, um junto a uma via com influência de tráfego e outro numa área urbana de fundo. No túnel a amostragem foi realizada apenas durante uma semana. Em Madrid e no túnel, o PM foi recolhido utilizando um amostrador de elevado volume com impactor em cascata com quatro tamanhos: 10-2,5, 2,5-0,95, 0,95-0,49 e < 0,49 μm. Em Lisboa, foi utilizado um impactor em cascata com apenas dois tamanhos, 10- 2,5 e < 2,5 μm. As amostras foram quimicamente analisadas e determinadas as concentrações de compostos carbonados (OC, EC e carbonatos), iões inorgânicos solúveis em água (Cl−, NO3−, SO42−, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+),metais e compostos orgânicos. Em Madrid, as concentrações médias de PM10 foram 44 e 48% maiores nas amostras recolhidas junto à estrada do que as de fundo urbano no verão e inverno, respetivamente. A fração grosseira e o PM0,5 apresentaram concentrações mais elevadas no verão do que no inverno devido às condições climatéricas pouco usuais. No verão, as amostragens decorreram num mês em que as temperaturas foram muito elevadas e em que ocorreram vários episódios de intrusão de poeira africana. Durante o período de amostragem de inverno, as temperaturas foram muito baixas e registaram-se vários dias de precipitação quer sob a forma de chuva, quer sob a forma de neve. As situações meteorológicas sinóticas mais comuns, incluindo aquelas que causam o transporte de massas de ar com poeiras Africanas, foram identificadas em ambas as estações do ano. As concentrações mássicas de PM10, EC e OC foram encontrados predominantemente na fração de tamanho ultrafino em ambos os locais de amostragem e estações do ano. Nas restantes frações não se observou nenhuma tendência sazonal. O carbono orgânico secundário (SOC) mostrou um claro padrão sazonal, com concentrações muito mais elevadas no verão do que no inverno, em ambos os lugares. A partir do balanço mássico de iões, observou-se que, no verão, a formação de compostos inorgânicos secundários (SIC) conduziu a um enriquecimento pouco comum de Ca2+ na fração submicrométrica, quer nas amostras de tráfego, quer em fundo urbano. Os alcanos, PAHs, os álcoois e os ácidos foram as classes de compostos orgânicos identificados e quantificados no material particulado. Globalmente, representaram 0,26 e 0,11 μg m−3 no verão e inverno, respetivamente, no local de tráfego e 0,28 e 0,035 μg m−3 na área urbana de fundo. Os diferentes compostos orgânicos também apresentaram padrões sazonais, sugerindo fontes de emissão (e.g. escapes dos veículos e fontes biogénicas) ou processos de formação com contribuições variáveis ao longo do ano. As concentrações de benzoapireno equivalente foram menores que 1 ng m-3 e o risco carcinogénico estimado é baixo. No verão, os maiores enriquecimentos de metais ocorreram na fração submicrométrica, e no inverno na fração grosseira. No verão, os enriquecimentos foram ≥ 80% para o Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb e Co, no inverno, estes traçadores de emissões do tráfego foram menores, exceto para o Zn. Em Lisboa, a concentração média de PM10 foi de 48 μg m-3 no verão e de 44 μg m-3 no inverno, junto à estrada. Na área de fundo urbano, registaram-se níveis comparáveis nas duas estações (27 μg m-3 e 26 μg m-3). A média do rácio PM2,5/PM10 foi de 65% no verão e 44% no inverno na área de tráfego e 62% e 59% na área urbana de fundo. Estes resultados significam que o PM2,5 é um dos principais contaminantes que afetam a qualidade do ar no centro da cidade de Lisboa. A relação OC/EC, que reflete a composição das emissões de combustão dos veículos, variou entre 0,3 e 0,4 no interior do túnel. Os rácios de OC/EC mínimos obtidos junto às vias de tráfego em Madrid e em Lisboa encontram-se entre os do túnel e os registados em atmosferas urbanas de fundo, sugerindo que os valores mínimos habitualmente obtidos para este parâmetro em ambientes urbanos abertos sobrestimam as emissões diretas de OC pelo transporte rodoviário. Espera-se que os resultados deste trabalho contribuam para suprir, pelo menos em parte, as lacunas de informação quer sobre a composição de várias granulometrias de PM, quer sobre fontes e processos de formação em atmosferas urbanas. Como a exposição a poluentes do ar ultrapassa o controle dos indivíduos e exige ação das autoridades públicas a nível nacional, regional e até mesmo internacional, é importante propor medidas mitigadoras focadas nas principais fontes de emissão identificadas.

Regional and urban air quality modelling under a climate change scenario

The better understanding of the interactions between climate change and air quality is an emerging priority for research and policy. Climate change will bring changes in the climate system, which will affect the concentration and dispersion of air pollutants. The main objective of the current study is to assess the impacts of climate change on air quality in 2050 over Portugal and Porto urban area. First, an evaluation and characterization of the air quality over mainland Portugal was performed for the period between 2002 and 2012. The results show that NO2, PM10 and O3 are the critical pollutants in Portugal. Also, the influence of meteorology on O3, NO2 and PM10 levels was investigate in the national main urban areas (Porto and Lisboa) and was verified that O3 has a statistically significant relationship with temperature in most of the components. The results also indicate that emission control strategies are primary regulators for NO2 and PM10 levels. After, understanding the national air quality problems and the influence that meteorology had in the historical air quality levels, the air quality modelling system WRF-CAMx was tested and the required inputs for the simulations were prepared to fulfil the main goal of this work. For the required air quality modelling inputs, an Emission Projections under RCP scenarios (EmiPro-RCP) model was developed to assist the estimation of future emission inventories for GHG and common air pollutants. Also, the current emissions were estimated for Portugal with a higher detailed disaggregation to improve the performance of the air quality simulations. The air quality modelling system WRF/CAMx was tested and evaluated over Portugal and Porto urban area and the results point out that is an adequate tool for the analysis of air quality under climate change. For this purpose, regional simulations of air quality during historical period and future (2045-2050) were conducted with CAMx version 6.0 to evaluate the impacts of simulated future climate and anthropogenic emission projections on air quality over the study area. The climate and the emission projections were produced under the RCP8.5 scenario. The results from the simulations point out, that if the anthropogenic emissions keep the same in 2050, the concentrations of NO2, PM10 and O3 will increase in Portugal. When, besides the climate change effects, is consider the projected anthropogenic emissions the annual mean concentrations of NO2 decrease significantly in Portugal and Porto urban area, and on the contrary the annual mean PM10 concentrations increases in Portugal and decrease in Porto urban area. The O3 results are mainly caused by the reduction of ozone precursors, getting the higher reductions in urban areas and increases in the surrounding areas. All the analysis performed for both simulations for Porto urban area support that, for PM10 and O3, there will be an increase in the occurrence of extreme values, surpassing the annual legislated parameters and having more daily exceedances. This study constitutes an innovative scientific tool to help in future air quality management in order to mitigate future climate change impacts on air quality.

Seasonal patterns of polycyclic aromatic hydrocarbons in digestive gland and arm of octopus (Octopus vulgaris) from the Northwest Atlantic

Among organic pollutants existing in coastal areas, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are of great concern due to their ubiquity and carcinogenic potential. The aim of this study was to evaluate the seasonal patterns of PAHs in the digestive gland and arm of the common octopus (Octopus vulgaris) from the Northwest Atlantic Portuguese coast. In the different seasons, 18 PAHs were determined and the detoxification capacity of the species was evaluated. Ethoxyresorufin O-deethylase (EROD) and ethoxycoumarin O-deethylase (ECOD) activities were measured to assess phase I biotransformation capacity. Individual PAH ratios were used for major source (pyrolytic/petrogenic) analysis. Risks for human consumption were determined by the total toxicity equivalence approach. Generally, low levels of PAHs were detected in the digestive gland and in the arm of octopus, with a predominance of low molecular over high molecular weight compounds. PAHs exhibited seasonality in the concentrations detected and in their main emission sources. In the digestive gland, the highest total PAH levels were observed in autumn possibly related to fat availability in the ecosystem and food intake. The lack of PAH elimination observed in the digestive gland after captivity could be possibly associated to a low biotransformation capacity, consistent with the negligible/undetected levels of EROD and ECOD activity in the different seasons. The emission sources of PAHs found in the digestive gland varied from a petrogenic profile observed in winter to a pyrolytic pattern in spring. In the arm, the highest PAH contents were observed in June; nevertheless, levels were always below the regulatory limits established for food consumption. The carcinogenic potential calculated for all the sampling periods in the arm were markedly lower than the ones found in various aquatic species from different marine environments. The results presented in this study give relevant baseline data for environmental monitoring of organic pollution in coastal areas.

Fonte de Iluminação LED – Avaliação dos Efeitos Fotobiológicos no Olho e Pele

Tendo por referência a diretiva 2006/95/CE, o trabalho desenvolvido no contexto da disciplina de Dissertação/Projeto/Estágio do Mestrado de Engenharia de Instrumentação e Metrologia, decorreu nas instalações do IEP (Instituto Electrotécnico Português) e teve como objetivo principal o desenvolvimento de um procedimento de avaliação dos efeitos fotobiológicos no olho e pele provocados por fontes de emissão contínua (LED), doravante designado método alternativo ao de referência. Os dois métodos, alternativo e de referência, utilizam respectivamente um foto-radiómetro multicanal e um espetro-radiómetro. O procedimento desenvolvido (método alternativo) de acordo com a norma EN/IEC62471) consiste na aquisição dos valores de irradiância com recurso a um foto-radiómetro e posterior determinação dos valores da radiância, com os quais se faz a avaliação dos efeitos fotobiológicos, para fontes de luz LED (Light Emitting Diode) ou GLS (General Lighting Service). A consulta detalhada da norma EN/IEC62471 e a pesquisa sobre os conceitos, definições, equipamentos e metodologias relacionadas com o tema em causa, constituiu o primeiro passo deste projecto. Com recurso aos dois equipamentos, uma fonte de luz LED (módulo de 12 lâmpadas LED) é avaliada em relação aos perigos (ou riscos) actínico UV e UV-A, ao perigo da luz azul e ainda o perigo térmico na retina e térmico na pele, permitindo fazer uma análise comparativa dos resultados. O método alternativo revelou-se bastante flexível e eficaz, proporcionando bons resultados em termos da irradiância e radiância dos referidos efeitos fotobiológicos. A comparação destes resultados com os valores limites de exposição mencionados na norma EN/IEC6247 permitiu afirmar que a fonte de luz LED avaliada não representa perigo fotobiológico para a saúde humana e classifica-se no grupo de risco “isento”. Uma vez cumpridos os objectivos, entendeu-se que seria uma mais-valia para o trabalho já realizado, estudar outro caso prático. Sendo assim, fez-se a avaliação da radiação de apenas um dos LED´s que constituíam a fonte usada nos ensaios anteriores, com o espetro-radiómetro (método de referência) e com uma distância de 200 mm entre a fonte e o medidor. Neste caso verificaram-se diferenças significativas nas quantidades obtidas quando comparadas com os valores normativos. Concluiu-se que o efeito fotobiológico da luz azul insere-se no grupo de “isento”, sem perigo para a saúde. Contudo, o efeito térmico da retina apresenta um aumento considerável da quantidade de radiância, embora dentro do grupo de risco “isento”. Esta classificação de grupos de risco. Face aos resultados obtidos, pode confirmar-se que as lâmpadas LED apresentam segurança fotobiológica, atendendo aos baixos valores de irradiância e radiância dos efeitos fotobiológicos estudados. Pode ainda afirmar-se que a utilização do foto-radiómetro em alternativa ao espetro-radiómetro se revela mais eficaz do ponto de vista de metodologia prática. Este trabalho demonstra a robustez desses dois equipamentos de avaliação dos efeitos fotobiológicos, e procura estabelecer uma linha de orientação para a prevenção dos efeitos adversos na pele e olhos de todos os seres humanos sujeitos à radiação ótica artificial. Quanto às incertezas de medições, em relação ao processo de medição com foto-radiómetro, a sua estimação não se realizou, devido a não rastreabilidade entre as medições indicadas pelo fabricante, no certificado de calibração e as medidas realizadas por outras entidades. Contudo, é propõe-se a sua realização em trabalhos futuros dentro desse âmbito. As incertezas dos resultados de medições com espetro-radiómetro foram parcialmente estimadas. Atendendo às potencialidades do sistema de medição, propõe-se como trabalho futuro, a aplicação da norma IEC62478, que faz parte da aplicação da norma EN/IEC62471 na avaliação do efeito da luz azul, com base na determinação da temperatura de cor correlacionada (CCT) de lâmpadas ou sistemas de lâmpadas incluindo luminárias. Os valores de irradiância e radiância adquiridos nos processos de avaliação, tanto com foto-radiómetro como espectro-radiómetro foram gravados em ficheiro Excel para um CD e anexados a este trabalho.