Combinação do ADMM com Homogeneização Matemática na Modelagem da Dispersão de Poluentes na Atmosfera

Abstract

ResumoO método multicamadas de advecção-difusão (ADMM) produz soluções semianalíticas precisas dos problemas de valores de contorno/iniciais para equações de advecção-difusão com coeficientes variáveis que modelam a dispersão de poluentes na atmosfera, e apresenta o menor custo computacional quando comparado com outros métodos baseados em transformadas integrais. Contudo, em situações operativas tais como desastres naturais/industriais que resultam na fuga de poluentes na atmosfera, é necessário aferir rapidamente e com exatidão a distribuição da concentração dos poluentes no nível do solo para minimizar o impacto na saúde e na economia. Aqui, para acelerar a disponibilidade de resultados com mínima perda de precisão, o ADMM é combinado com homogeneização matemática, cujo emprego na modelagem de dispersão de poluentes parece ser novidade. A abordagem proposta é comparada com a aplicação direta do ADMM e às observações do experimento de Hanford para avaliar a exatidão das estimativas, assim como sua eficiência computacional, considerando condições atmosféricas estáveis e a influência da velocidade de deposição. Os resultados mostram que a combinação do ADMM com a homogeneização matemática apresenta uma redução significativa no custo computacional com pouca perda de precisão. Palavras-chave: modelagem da dispersão de poluentes na atmosfera, método multicamadas de advecção-difusão, homogeneização matemática. Combining the ADMM and Mathematical Homogenization for Atmospherical Pollutant Dispersion Modeling AbstractThe advection-diffusion multilayer method (ADMM) produces accurate semi-analytical solutions of initial/boundaryvalue problems for advection-diffusion equations with variable coefficients that model pollutant dispersion in the atmosphere, and exhibits lower computational cost in comparison to other integral transform-based methods. However, in operative situations such as natural/industrial disasters resulting in the release of pollutants to the atmosphere, it is necessary to assess rapidly and accurately the ground-level distribution of pollutant concentration in order to minimize the impact on health and economy. Here, in order to accelerate the availability of results with little loss of accuracy, the ADMM is combined with mathematical homogenization, whose use in pollutant dispersion modeling seems to be new. The proposed approach is compared with the direct application of the ADMM and to the observations of the Hanford experiment in order to access both its accuracy and computational cost, for stable atmospheric conditions and considering the influence of deposition velocity. The results show that the combination of the ADMM and mathematical homogeniRevista Brasileira de Meteorologia, v. 33, n. 2, [329][330][331][332][333][334][335] 2018