Modelamento dos processos de conversão gás-partícula e de formação de núcleos de condensação de nuvens na Amazônia

• Main Author: Luciana Varanda Rizzo
• Other Authors: Paulo Eduardo Artaxo Netto
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2002
• Subjects: Aerossóis; Amazônia; Atmosfera; Meio Ambiente; Aerosols; Amazon; Atmosphere; Environment
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15042014-121728/

A região amazônica constitui um complexo ecossistema, integrando a floresta, o sistema hídrico e a atmosfera. A região tem passado por profundas mudanças no uso do solo, com a troca de floresta por pastagens e culturas agrícolas, alterando o funcionamento natural do ecossistema. Tais alterações vêm sendo estudadas pelo Experimento de Grande Escala da Biofera-Atmosfera na Amazônia (LBA). Fazendo uso do modelo MAPS (Model for Aerosol Process Studies), do tipo caixa de dimensão zero, foram simulados os processos dinâmicos de produção de aerossóis orgânicos a partir de precursores gasosos (VOCs - Volatile Organic Compounds), e da formação de núcleos de condensação de nuvens (CCN - Cloud Condensation Nuclei) na Amazônia. Os resultados deste trabalho mostram que o processo de conversão gás-partícula altera as propriedades físico-químicas da população de aerossóis e CCNs. A oxidação dos monoterpenos, compostos orgânicos voláteis emitidos pela vegetação, leva à produção de aerossóis secundários na moda fina. A conversão de floresta para pastagem reduz as emissões de monoterpenos, com uma conseqüente diminuição na produção de novas partículas orgânicas. Em 24 horas de simulação, o modelo MAPS calcula uma concentração de 2.0 ug/m POT.3 de aerossóis orgânicos secundários para o ambiente de floresta, em comparação com o valor de 0.69 ug/m POT.3 previsto para o ambiente de pastagem. A produção de aerossóis orgânicos secundários, devido à conversão gás-partícula, traz conseqüências para os processos de produção de CCN e formação de nuvens. A partir de uma população natural de aerossóis constituída majoritariamente por compostos orgânicos, o modelo prevê a ativação de 90% das partículas à supersaturação de 0.5%, evidenciando o papel dos aerossóis biogênicos orgânicos no processo de formação de nuvens na Amazônia. O material particulado das estações seca e chuvosa da Amazônia apresenta características muito diversas, ) no que diz respeito à distribuição de tamanho e de espécies químicas. A partir das propriedades físico-químicas dos aerossóis de queimadas, o modelo calculou uma concentração de 250 partículas de CCN por cm POT.3 a uma supersaturação de 0.15%, em oposição às 100 partículas de CCN por cm POT.3 produzidas a partir de aerossóis naturais, sob condições idênticas de umidade. A maior quantidade de CCNs na estação seca interfere nos processos físicos de produção de nuvens, podendo provocar uma diminuição da taxa de crescimento de gotas, um aumento no tempo de residência das nuvens, e a conseqüente redução da taxa de precipitação na Amazônia. === The Amazon Forest is a very complex ecosystem, which integrates its vegetation, its hydrological system, and the atmosphere. The Amazonian vegetation, with its natural metabolism, emits a large amount of biogenic particles and trace gases to the atmosphere. The region is passing through deep changes with respect to land use and land cover. The conversion of forest to pasture or agricultural land alters the ecosystem natural behavior. Using a zero dimensional box model named MAPS (Model for Aerosol Processes Studies),the dynamical processes of gas-to-particle conversion and cloud condensation nuclei (CCN) formation have been simulated for Amazonia. The parameters that constraint the model were based on data collected during the Large Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazon (LBA). This work shows that gas-to-particle conversion processes affects the physical and chemical properties of natural aerosol population. Oxidation of monoterpenes, volatile organic compounds emitted by vegetation, causes a fine mode secondary organic aerosol production. The conversion of forest to pasture land reduces monoterpene emissions, diminishing the production of new organic particles as consequence. In 24 hours of simulation, the model predicts a secondary organic aerosol concentration of 2.0 g/m³ for forest, and 0.69 g/m³ for pasture environment. The production of secondary organic aerosol, due to gas-to-particle conversion, influences CCN population and cloud processes formation. From a natural aerosol population composed mainly by organic compounds, the model predicts that 90% of the particles activates at 0.5% of ambient supersaturation, showing the important role of organic aerosol on CCN formation in Amazon. Dry and wet season particulate matter in Amazonia shows very distinct characteristics of size and chemical species distribution. From a typical burning season aerosol, the model predicted a concentration of 250 CCN/cm³ at a supersaturation of 0.15%. With similar humidity conditions, a concentration of 100 CCN/cm³ was calculated from natural wet season aerosol. The increased number of CCN during the dry season affects cloud formation, and can reduce the growth rate of droplets, enlarge cloud lifetime, and consequently diminish cloud precipitation rates.