A Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) possui mais de 21 milhões de habitantes espalhados por uma área de aproximadamente 8.000 km2. As fontes móveis são as principais responsáveis pelas emissões de gases e partículas envolvidas na formação de poluentes secundários, como ozônio e MP2,5, que frequentemente apresentam concentrações acima dos padrões de qualidade do ar. A representação da formação e transporte de poluentes, nos modelos de transporte químicos, necessita uma descrição detalhada da circulação de ar, uma vez que, a circulação local é impulsionada principalmente pela topografia e uso do solo, entre outros fatores. A descrição dos processos de microescala, nos modelos de mesoescala, é um desafio devido à falta de homogeneidade das características superficiais e locais das áreas urbanas. Muitos estudos sobre formação, transporte e dispersão de poluentes na RMSP têm sido realizados com a aplicação do WRF-Chem (Weather Research and Forecasting with Chemistry) e a análise das simulações tem mostrado a necessidade de melhoria na representação das características da superfície. Neste estudo, examinamos o papel e os efeitos da urbanização e da topografia, que induzem à interações complexas com as circulações atmosféricas de mesoescala, que influenciam os padrões de circulação local e, consequentemente, o comportamento dos poluentes. Para estudar o impacto do uso de uma parametrização urbana mais detalhada, foram geradas simulações na RMSP com o modelo WRF-Chem considerando três grades aninhadas, com resolução horizontal de 1 km na grade mais fina. Nas simulações, foram testadas duas configurações de superfície urbana: off (padrão) e BEP (Multilayer Building Environment Parameterization). Para a simulação com BEP, foram considerados 10 tipos de cobertura urbana, da classificação Local Climate Zones (LCZ), obtidos através de imagens do satélite Landsat8, do software SAGA e de imagens do software Google Earth, como nível 0 da estratégia de aquisição de dados do WUDAPT (World Urban Database and Access Portal Tools). Foram analisados dois períodos, no primeiro, de 01 a 03 de novembro de 2013, os resultados simulados em superfície, de temperatura, velocidade do vento, umidade relativa e concentrações de ozônio foram comparados com dados medidos nas estações de monitoramento da qualidade do ar da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) e os de altitude, com sondagens meteorológicas e de ozônio obtidas em uma campanha de monitoramento experimental. No segundo período, de 07 a 18 de outubro de 2014, quando ocorreram várias ultrapassagens do padrão de qualidade do ar pelo ozônio na RMSP, foram comparados apenas os dados simulados com os observados em superfície. Em superfície, os resultados apresentaram melhora nas simulações dos dados meteorológicos com BEP em relação à parametrização padrão, principalmente na velocidade do vento com erro médio (MB) de -0,19 m/s e 2,08 m/s no primeiro período e -0,14 m/s e 0,77 m/s no segundo, respectivamente. Em relação ao ozônio, praticamente todos os índices estatísticos mostraram melhor desempenho nos resultados com a parametrização padrão do que na com BEP. Em altitude, os perfis verticais de temperatura potencial e umidade relativa foram bem representados por ambas as parametrizações em comparação com os perfis observados nas sondagens. Os perfis de concentrações de ozônio foram fortemente relacionados ao comportamento da camada limite planetária (CLP). Nas áreas urbanizadas, altura da CLP simulada com BEP foi mais alta do que a simulada com a parametrização padrão durante o dia, durante a noite foi mais baixa. Em ambos os períodos de estudo, a diferença entre os campos de altura da CLP simuladas com BEP e com a parametrização padrão foi de aproximadamente 350 m durante o dia e -400 m durante a noite.

The Metropolitan Area of São Paulo (MASP) has more than 21 million inhabitants spread over an area of approximately 8,000 km2. Mobile sources are responsible for the emissions of gaseous and particle involved in the formation of secondary pollutants, such as ozone and PM2.5, which are frequently in concentrations above air quality standards. Since the local circulation is driven mainly by the topography and land use, among other factors, the representation of the formation and transport of pollutants in chemistry transport models needs a comprehensive description of the air circulation. Due to the inhomogeneity of the surface and local characteristics of each urban area in different parts of the world, the description of micro-scale processes in mesoscale models is challenging. Many studies regarding the formation, transport and removal of pollutants in the MASP have been performed with the application of WRFChem (Weather and Research Forecasting with Chemistry), and the analysis of the simulations have shown that it is necessary to improve the representation of surface characteristics. For this modeling study, we examine the role and effect of urbanization and topography, which induces complex interactions with the atmospheric mesoscale circulations that influence local circulation patterns and consequently the transport of pollutants. To study the impact of using a more detailed urban parameterization, simulations were generated for the MASP with the WRF-Chem model considering three nested grids, with the finer grid horizontal resolution of 1 km. Two urban surface parameterizations were tested in the simulations: off (default) and multilayer building environment parameterization (BEP). For the simulation with BEP, which was only conducted for the finer grid resolution, ten land use types of local climate zone (LCZ) classification, obtained through Google Earth and Saga images (as acquisition data strategy level "0" of WUDAPT), were considered. Two periods were analyzed, in the first, from 01 to 03 November 2013, the surface simulated results for temperature, wind speed, relative humidity and ozone concentrations were compared with data measured in the air quality monitoring stations of the Environmental Agency Air Quality Network. Simulated altitude results were compared with meteorological/ozone soundings obtained in a monitoring campaign. In the second period, from October 07 to 18, 2014, when there were several ozone air quality standard exceedances in the RMSP, only the surface simulated data were compared with those observed on the surface. The results showed improvement in meteorological data simulations with BEP in relation to the default parameterization, mainly in the 10 m wind speed. The 10 m wind speed mean bias (MB) was -0.19 ms-1 and 2.08 ms-1 in the first period and - 0.14 ms-1 and 0.77 ms-1 in the second, in BEP and default parameterization simulations, respectively. Almost all ozone statistical indices showed better performance with the default parameterization than in the one with BEP. At altitude, the potential temperature and relative humidity vertical profiles were well represented by both parameterization comparing to the sounding profiles observed. The profiles of ozone concentrations were strongly related to the planetary boundary layer (PBL) behavior. During daytime in urbanized areas the PBL height simulated with BEP was higher than that simulated with default parameterization, during the nighttime it was lower. In both study periods, differences between the PBL height fields simulated with BEP and with default parameterization reached approximately 350 m during the daytime and -400 m at night.