Ciclo diurno e sazonal das propriedades ópticas e geométricas das nuvens cirrus na Amazônia

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Cordeiro, Luan de Paula
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Amazon; Amazônia; Cirrus clouds; Lidar; Nuvens cirrus; Optical properties; Propriedades ópticas; Tendências; Trends
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-16102023-091220/

Nuvens desempenham um papel crucial no controle da energia na atmosfera e são fundamentalmente conectadas com o ciclo hidrológico. Elas exercem uma influência significativa sobre o clima ao refletir a radiação solar e ao restringir a quantidade de radiação terrestre que a Terra dissipa para o espaço. Particularmente, para nuvens do tipo cirrus, o sinal do efeito radiativo é dependente da profundidade óptica (COD, do inglês cloud optical deph), que pode ser de aquecimento ou de resfriamento. Ainda que as nuvens cirrus tenham uma importância central para o clima, elas permanecem como uma grande fonte de incerteza para as previsões meteorológicas e climáticas devido à complexidade de sua representação em modelos. Ademais, existem poucas pesquisas de longa duração que se dedicam ao estudo das nuvens cirrus em florestas tropicais. Nesse contexto, analisamos 19.943 horas de medições do lidar Raman, operado pelo Laboratório de Física Atmosférica do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (LFA-IF-USP) localizado próximo à cidade de Manaus, Brasil, coletadas entre julho de 2011 e dezembro de 2017 para investigar o ciclo diurno, sazonalidade e tendências das propriedades ópticas e geométricas das nuvens cirrus na região da Amazônia. Para tanto, foi utilizado um algoritmo automatizado de detecção de altura de base e topo de nuvens e, além disso, foram implementados algoritmos para realizar a inversão do sinal do lidar para obter as propriedades ópticas e realizar a correção de múltiplo-espalhamento. Considerando todo o período de observação, as nuvens cirrus apresentaram uma frequência de ocorrência de 70,9%. As cirrus finas (COD entre 0,03 e 0,3) apresentaram a maior frequência de ocorrência, 38,7%; seguidas pelas cirrus sub-visuais (com um COD menor do que 0,03), representando 22,3%. As cirrus opacas (com um COD maior do que 0,3), por sua vez, constituíram a menor frequência de 14,1%. Os valores médios das alturas de base e topo da nuvem, da espessura geométrica e da profundidade óptica foram de 13, 0 ± 2, 2 km, 14, 5 ± 1, 8 km, 1, 50 ± 1, 17 km, 0, 24 ± 0, 38 , respectivamente. Ademais, foi observado que as cirrus opticamente mais finas localizam-se mais próximas à tropopausa. A razão lidar média foi de 26, 1 ± 8, 3 sr onde maiores valores foram obtidos para cirrus opacas em relação aos outros tipos, indicando uma diferença na forma dos cristais de gelo presentes nas diferentes categorias de cirrus. Esta pesquisa realizou a primeira análise detalhada do ciclo diurno e da sazonalidade da frequência de ocorrência, das propriedades ópticas e geométricas. Os padrões encontrados refletem o ciclo de convecção na área onde o experimento foi conduzido. A frequência de ocorrência de cirrus apresenta um mínimo em torno do meio-dia do horário local, seguido de um aumento durante o período da tarde e uma diminuição durante o período noturno. Ademais, o ciclo diurno é mais marcante para cirrus opacas do que para cirrus finas e sub-visuais. Estas observações deixam evidente que o principal mecanismo de formação de cirrus na Amazônia é a partir do desprendimento da bigorna de nuvens de convecção profunda. Além disso, a ocorrência de cirrus é maior durante a estação chuvosa (79,9%) do que durante a estação seca (55,4%). Ademais, observou-se a presença de dois picos na frequência de aparição das nuvens cirrus durante as estações de primavera e outono. Isso se deve, em grande medida, a um aumento na presença de cirrus opacas e finas. Propriedades como a altura de base e topo, a espessura geométrica e a profundidade óptica são maiores durante a estação chuvosa (13,3 km, 14,8 km, 1,51 km e 0,24, respectivamente) em comparação com a estação seca (12,7 km, 14,0 km, 1,34 km e 0,23, respectivamente). Nosso trabalho indicou que as nuvens cirrus com alturas de base e topo maiores estão mais suscetíveis aos efeitos da sazonalidade da tropopausa. A razão lidar, por sua vez, apresenta valores máximos durante a estação seca (27,1 sr) do que durante a estação chuvosa (25,4 sr). Por fim, a identificação de tendências nas nuvens cirrus na Amazônia por meio de um lidar em solo apresentou desafios. Esses desafios surgem principalmente porque o sinal deste tipo de lidar é consideravelmente mais impactado pela presença de nuvens baixas, se comparada ao CALIPSO. Como consequência, há uma redução significativa na quantidade de dados que podem ser analisados. Contudo, observou-se uma tendência de redução na frequência de ocorrência das nuvens cirrus, além de variações nas propriedades ópticas e geométricas destas ao longo dos anos. Apesar dos resultados obtidos estarem alinhados com outros resultados presentes na literatura, essas tendências não foram estatisticamente significativas.