Estimativa e assimilação das emissões de gases traços e aerossóis de queimadas em modelos de química atmosférica

• Main Author: Gabriel Pereira
• Other Authors: Elisabete Caria Moraes
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2013
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/11.25.18.36

Incêndios florestais e queimadas intencionais devastam extensas áreas de florestas, vegetações herbáceo-arbustivas e pastagens por todo o mundo. As queimadas possuem um papel fundamental nos serviços ecossistêmicos, pois permitem a abertura de áreas para a agricultura e pecuária, o controle de pragas e a ciclagem de nutrientes, porém, modificam o balanço de carbono, a composição atmosférica e a biodiversidade, além de atuarem na alteração do balanço de energia, assim como, nos ciclos biogeoquímicos e hidrológicos regionais e/ou global. Atualmente, a América do Sul contribui com 18\% do total de carbono emitido para a atmosfera ou aproximadamente 377 $Tg.C.ano^{-1}$. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo principal desenvolver um método de assimilação para o modelo Coupled Chemistry-Aerosol-Tracer Transport model coupled to Brazilian Regional Atmospheric Modelling System (CCATT-BRAMS) em tempo quase-real das emissões de gases traço e aerossóis a partir da potência radiativa do fogo (FRP) derivadas dos produtos do Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) e do Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES). No CCATT-BRAMS estimou-se a emissão de monóxido de carbono (CO) e de material particulado com diâmetro menor que 2,5$\mu$m (PM$_{2,5\mu{m}}$) provenientes da queima de biomassa a partir de dois métodos distintos que foram avaliados através dos dados coletados nos experimentos do Large Scale Biosphere-Atmosphere (LBA) Smoke, Aerosols, Clouds, Rainfall, and Climate (SMOCC) e Radiation, Cloud, and Climate Interactions (RaCCI). As estimativas da emissão de PM$_{2,5\mu{m}}$ ($\mu$g.m$^{-³}$) e CO (ppb) modelados no CCATT-BRAMS oriundos da assimilação da FRP apresentaram resultados similares, com maiores frequências de correlações situadas entre 87\% e 92\% e entre 70\% e 80\%, respectivamente. Em geral os dados simulados foram subestimados em até 25\%, sendo que os modelos reproduziram aproximadamente 90\% da biomassa queimada detectada, mostrando um grande potencial para o monitoramento em tempo quase-real das emissões dos principais gases traços e aerossóis emitidos no processo de combustão de biomassa. Conclui-se que o uso da FRP é capaz de reproduzir o padrão de queimadas locais e regionais, o que denotou um aprimoramento médio de 25\% em relação ao método tradicional. === Wildfires and intentional burning devastate large areas of forest, shrublands, and grasslands over the world. Biomass burning plays a trade-off role in the ecosystem services arena by opening spaces for agriculture or livestock, controlling pests, or recycling nutrients, on one side, and by modifying the carbon-cycling mechanisms, the atmospheric composition, and biodiversity patterns, on the other side. Fires also modify the energy balance, and the biogeochemical and hydrological cycles. Globally, South America contributes with 18\% of total carbon combustion emitted into atmosphere with 377 Tg.C.year-1. Therefore, this work aims to develop a method for real-time assimilation to Coupled Chemistry-Aerosol-Tracer Transport model coupled to Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (CCATT-BRAMS) of trace gas and aerosols emissions using fire radiative power (FRP) products derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and the Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES). Through CCATT-BRAMS we estimated the CO and the particulate matter with diameter less than 2.5$\mu$m (PM$_{2,5\mu{m}}$) emissions derived from biomass burning by two distinct methods that were evaluated from the data collected in Large Scale Biosphere-Atmosphere (LBA) Smoke, Aerosols, Clouds, rainfall, and Climate (SMOCC) and Radiation, Cloud, and Climate Interactions (RaCCI) experiments. The emission assessment of PM$_{2,5\mu{m}}$ ($\mu$g.m$^{-³}$) and CO (ppb) modeled in CCATT-BRAMS through FRP algorithm showed similar results, with the major frequencies of correlation between 87\% - 92\% and 70\% - 80\%, respectively. In general, the simulated data was underestimated until 25\%, also, modes are able to reproduce about 90\% of the biomass burned, showing great potential for monitoring in near real time emissions of the main gases and aerosols emitted in the biomass combustion process. We concluded that the use of FRP is able to reproduce the pattern of regional and local biomass burning, which denoted an average improvement of 25\% compared to the traditional method.