Estudo numérico do efeito dos aerossóis de queimadas na previsão de chuvas convectivas na América do Sul

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Ricardo Almeida de Siqueira
• Orientador(a): Karla Maria Longo de Freitas, Saulo Ribeiro de Freitas
• Banca de defesa: Márcia Akemi Yamasoe, Nilton Manuel Évora do Rosário
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência do Sistema Terrestre
• País: BR
• Resumo em Inglês: Biomass burning aerosol emissions from deforestation and agricultural fires in the Amazon basin have been producing a dense smoke layer all over the region during the Austral winter through the years. The smoke effect on radiative balance and hydrological cycle coupled with long-range transport by synoptic winds can be felt thousands of kilometers distant from the sources. Precipitation patterns and quantities could be largely impacted by these emissions during the dry to wet transition season, typically towards September and October months, which was the motivation of this study. A numerical modeling study aiming to investigate the smoke aerosol effects on precipitation over Brazil was conducted in the dry to wet transition season of 2012 using an aerosol transport model coupled on-line with a regional atmospheric model. Two methodologies of estimating the cloud condensation nuclei field concentration were tested. The first one, converting from mass to number concentration, assuming an appropriate particle density and size distribution; and the second one, using aerossol optical thickness versus cloud condensation nuclei relationship. Our results indicate that the latter method tends to overestimate aerosol population resulting in unrealistic low precipitation. The region of transition from cerrado to Amazon forest biomes was especially sensitive to smoke aerosol effects, with model results showing the most significant improvement for precipitation when compared with observed satellite data. Our results sustain the importance of including smoke aerosol-cloud interaction for seasonal climate forecast in the region. Different runs were made to investigate the aerossol effects on parameterization of ice, comparing the parameterizations of DeMott and Meyers, including possible influence on the invigoration of precipitation because of ice phase. DeMotts parameterization consistently added more ice nuclei compared to the Meyers because of high concentrations associated with biomass burning emissions, but possible effects of invigoration of precipitation because of ice phase werent observed by simulations, suggesting that future studies should be conducted with higher resolution cases to better evaluate microphysics effects. Preliminary results comparing aerosol concentrations and carbon monoxide model results with data obtained during SAMBBA campaign are discussed. Vertical profiles data around Porto Velho were constructed and the results showed aerosol concentrations ranging from 300 to 1500 cm$^{-3}$ while CO ranging from 200 to 500 ppb. The 3BEM emission model simulated well polluted and clean atmospheric conditions.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/02.17.06.24

Emissões de aerossóis associados ao desmatamento e queimadas de manutenção agrícolas na bacia Amazônica vêm produzindo uma densa camada de fumaça na região durante o inverno austral ao longo dos anos. O efeito da fumaça no balanço radiativo e no ciclo hidrológico acoplados com o seu deslocamento por ventos sinóticos, pode ser sentido a milhares de quilômetros de distância das suas fontes de emissão. Os padrões de precipitação e suas quantidades podem ser grandemente impactadas por estas emissões durante a transição da estação seca para úmida, que tipicamente ocorre durante os meses de setembro e outubro, no qual gerou a motivação para este estudo. Um estudo de modelagem numérica com o objetivo de investigar o efeito dos aerossóis de fumaça na precipitação sobre o Brasil foi realizado para a estação de transição seca para úmida do ano de 2012 usando um modelo de transporte de aerossol acoplado a um modelo regional atmosférico. Duas metodologias de estimação da concentração de núcleos de condensação de nuvens foram testadas. O primeiro, convertendo a concentração do particulado em massa para concentração numérica, assumindo valores apropriados de densidade e distribuição de tamanho, multiplicada pela eficiência dos núcleos de condensação. O segundo usando uma relação empírica entre os valores de profundidade óptica do aerossol e a concentração de núcleos de condensação. Os resultados indicaram que a segunda metodologia tendeu a superestimar a população de aerossóis o que acabou resultando em valores baixos de precipitação. A região de transição do cerrado para a floresta Amazônica foi a mais afetada pelos efeitos dos aerossóis, com os resultados do modelo exibindo significante melhoria na precipitação calculada quando comparada com dados observados por satélite. Os resultados obtidos reforçam a importância da inclusão dos efeitos dos aerossóis de queimadas para a previsão do clima sazonal da região. Rodadas independentes com o modelo para investigar o efeito dos aerossóis na parametrização da nucleação de gelo, e de possível intensificação da precipitação por causa desta, foram realizadas e, neste caso, as parametrizações de DeMott e Meyers foram comparadas entre si. A parametrização de DeMott consistentemente adicionou mais núcleos de gelo, por causa das grandes concentrações de aerossóis associadas com a queima de biomassa, mas possíveis efeitos de intensificação da precipitação em virtude da maior participação de gelo não foram observados pelas simulações, sugerindo que estudos futuros devem ser realizados para a avaliação do modelo para casos de maior resolução. Resultados preliminares da comparação dos dados de concentração de aerossol e de monóxido de carbono, obtidos pelo modelo e pela campanha do SAMBBA, são exibidos. Perfis verticais destas variáveis mostraram que as concentrações de aerossóis variaram de 300 a 1500 cm$^{-3}$ enquanto as de CO variaram de 200 a 500 ppb, sugerindo que as névoas de poluição medidas durante a campanha não foram demasiadamente poluídas. O modelo 3BEM conseguiu apropriadamente simular as condições de atmosfera limpa e de atmosfera poluída.