Efeitos da concentração de black carbon na radiação e emissividade atmosférica do Pantanal Mato-Grossense

Thamiris Amorim dos Santos Barbosa; Haline Josefa Araujo da Silva; André Matheus de Souza Lima; Sergio Roberto de Paulo; Iramaia  Jorge Cabral de Paulo; Rafael Silva Palácios; João Basso Marques; Leone Francisco Amorim Curado

doi:10.26848/rbgf.v17.6.p4102-4116

Autores

Thamiris Amorim dos Santos Barbosa Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0001-6559-7352
Haline Josefa Araujo da Silva Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0002-8418-4788
André Matheus de Souza Lima Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0009-0006-6673-8640
Sergio Roberto de Paulo Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0002-5101-6227
Iramaia Jorge Cabral de Paulo Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0002-2581-1681
Rafael Silva Palácios Universidade Federal do Pará - Campus Guamá https://orcid.org/0000-0002-7628-1342
João Basso Marques Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0001-8719-8184
Leone Francisco Amorim Curado Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0002-0375-7725

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v17.6.p4102-4116

Palavras-chave:

sazonalidade, aerossóis, mudanças climáticas, variáveis micrometeorológicas

Resumo

O Pantanal é um dos maiores sistemas alagados do mundo e desempenha um papel significativo na biodiversidade e no ecossistema local. No entanto, o aumento do desmatamento e dos incêndios florestais na região se tornou uma das principais fontes de emissão de aerossóis atmosféricos na região. O Black Carbon é um aerossol que tem a capacidade de absorver a luz solar, contribuindo para o aquecimento da atmosfera e alterando o balanço de radiação Terra-atmosfera. O objetivo da pesquisa é analisar os efeitos das concentrações do Black Carbon na capacidade de espalhamento e absorção da Radiação Global (Rg), Radiação Líquida (Rn), e Emissividade Atmosférica (E) na região do Pantanal Mato-Grossense. Foram coletados dados de uma torre micrometeorológica, localizada na Base Avançada de Pesquisas do Pantanal (BAPP) da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), na Fazenda Bahia das Pedras, na RPPN SESC no município de Poconé - MT entre os anos 2017 à 2019. A análise estatística dos dados envolveu a aplicação de regressão linear e o Co-espectro para analisar eventos específicos e padrões sazonais. Os resultados apontam para uma influência significativa do Black Carbon com concentrações significativas acima de 0,10 μm³ sobre as variáveis meteorológicas. Durante o período abordado observou-se uma redução notável na Rg e Rn devido à capacidade de absorção do BC, tendo como consequência o aquecimento de camadas atmosféricas. Também notou-se que em altas concentrações o BC promove o bloqueio da Emissividade Atmosférica. Na análise do Co-espetro uma interdependência entre a concentração de BC e as variáveis relacionadas à radiação com periodicidade de 1 ano. A pesquisa mostra a importância de considerar o BC como um componente relevante nas discussões sobre mudanças climáticas e interações entre aerossóis e variáveis micrometeorológicas no Pantanal.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

Thamiris Amorim dos Santos Barbosa, Universidade Federal de Mato Grosso

Mestra e Doutoranda em Física Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), com ênfase em pesquisas sobre aerossóis atmosféricos e suas implicações climáticas nos ecossistemas tropicais. Sua pesquisa de Doutorado foca nos efeitos do Black Carbon – um tipo de aerossol resultante da queima de biomassa e combustíveis fósseis – nos biomas Pantanal, Cerrado e Floresta de Transição. A investigação busca compreender como esses aerossóis modificam a radiação global, a radiação líquida e a emissividade atmosférica, fatores que afetam diretamente o balanço de energia da Terra e influenciam o clima regional e global. Formada em Engenharia Florestal também pela UFMT, Thamiris foi bolsista do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC) de 2016 a 2019, com projetos que abordaram a caracterização do índice de área foliar em espécies arbóreas e a dinâmica do carbono no Pantanal. Atuou em pesquisas sobre fluxos de CO₂, o que contribuiu para o desenvolvimento de seu conhecimento sobre as interações entre a vegetação e a atmosfera, temas centrais de sua trajetória acadêmica. Participou do Projeto de Análise de Fenologia no Horto Florestal Tote Garcia, em Cuiabá/MT, e foi monitora da disciplina de Bioestatística Florestal entre 2019 e 2022, fortalecendo seu compromisso com o ensino e a pesquisa. Atualmente, ela integra a Secretaria de Estado de Meio Ambiente de Mato Grosso (SEMA-MT) como estagiária de pós-graduação na Gerência de Planejamento e Fiscalização do Combate ao Desmatamento (GPFCD).Participou do Programa de Educação Ambiental da Secretaria Municipal de Meio Ambiente e Desenvolvimento Rural Sustentável da cidade de Várzea Grande - MT e atuou na área de Licenciamento Ambiental na mesma secretaria. Sua atuação reforça sua dedicação à preservação dos ecossistemas e ao combate às mudanças climáticas, conectando a pesquisa acadêmica com a prática de gestão ambiental.

Haline Josefa Araujo da Silva, Universidade Federal de Mato Grosso

Graduado pelo Curso de Bacharelado Pleno em Física pela Universidade Federal de Mato Grosso. Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso. Atualmente leciona o Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso na linha de pesquisa em Análise e Modelagem Microclimática e Ecologia de Ecossistemas, desenvolvendo pesquisas sobre a influência das variações sazonais dos aerossóis na emissividade atmosférica do Pantanal Mato-Grossense. Também temos experiência na área de Física, com ênfase no ensino de Física e Astronomia, focando principalmente no aproveitamento do potencial da Astronomia para o ensino de Física e a popularização da ciência.

André Matheus de Souza Lima, Universidade Federal de Mato Grosso

Atualmente é mestrando no Programa de pós-graduação em Física Ambiental na Universidade Federal de Mato Grosso, Bolsista da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) desenvolvendo estudos sobre os Impactos do Black Carbon na temperatura do ar do Pantanal Mato-grossense. Possui graduação em Licenciatura Plena em Física (UFMT - 2022). Atua na linha de pesquisa de análise e modelagem microclimática de ecologia de ecossistemas, com ênfase no estudo de aerossóis. Durante a graduação realizou pesquisas na área de Ensino de Física.

Sergio Roberto de Paulo, Universidade Federal de Mato Grosso

Possui graduação em Bacharelado Em Física pela Universidade Estadual de Campinas (1986) e doutorado em Física pela Universidade Estadual de Campinas (1991). Pós-Doutorado pela Universidade Livre de Bruxelas. Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Mato Grosso. Credenciado no Programa de Pós-graduação em Física Ambiental em níveis de mestrado e doutorado. Tem experiência na área de Física, com ênfase em Ensino de Ciências e na Teoria dos Sistemas Complexos, atuando principalmente nos seguintes temas: método dos traços de fissão, termocronologia, radônio e filhos, ensino de Física, sistemas complexos e física ambiental (micrometeorologia). Atualmente, trabalha principalmente com a aplicação de métodos de análise da Teoria dos Sistemas Complexos na compreensão da dinâmica de trocas de energia e matéria nos ecossistemas brasileiros.

Iramaia Jorge Cabral de Paulo, Universidade Federal de Mato Grosso

Possui graduação em Licenciatura em Ciências Naturais com habilitação em Física (UFMT-1985), Licenciatura em Física (UFMT-1994), Mestrado em Educação com ênfase em Ensino de Física (UFMT-1997) e Doutorado em Ensino de Ciências com ênfase em Ensino de Física Contemporânea (2006), pela Universidad de Burgos (Espanha). Realizou estágio pós-doutoral em Modelagem de Sistemas Complexos pela Université Libre de Bruxelles (Bélgica, 2013), participando do grupo de pesquisa fundado pelo Professor Ilya Prigogine. É Professora Associada do Instituto de Física da UFMT, onde exerceu o cargo de diretora de 2017 a 2020. Foi fundadora e coordenadora do Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências Naturais (UFMT, 2010-2013). É editora da revista Experiências em Ensino de Ciências (EENCI), desde 2011. Suas áreas de interesse são Teoria da Complexidade Aplicada a Física Ambiental e Pesquisa em Ensino de Física. Dedica-se também a teorias de aprendizagem, especialmente a Teoria da Aprendizagem Significativa e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica. Credenciada no Programa de Pós-Graduação Física Ambiental (mestrado e doutorado) e Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF). Coordena o Grupo de Pesquisa em Sistemas Ambientais Complexos atuando nas linhas de pesquisa: Análise e Modelagem de Processos Ambientais Complexos e Análise e Modelagem de Processos Ecofisiológicos. Participou desde 2014 da Comissão de Pós-Graduação (CPG) do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF/PROFIS) onde foi coordenadora da CPG Nacional por seis anos.Assumiu em 2023 a coordenação Institucional do Programa de Iniciação a Docência (PIBID) da UFMT.

Rafael Silva Palácios, Universidade Federal do Pará - Campus Guamá

Pós-graduado em Física com ênfase em Física Ambiental pela Universidade do Estado de Mato Grosso do Sul (UEMS) (2008). Mestre em Física Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) (2014). Professor de Física Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) (2017) pelo estado Sanduíche no Departamento de Física Aplicada, Laboratório de Física Atmosférica, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP). Atualmente é Professor, Turma Adjunta, do Instituto de Geociências da Faculdade de Meteorologia da Universidade Federal do Pará (UFPA). Faz parte do corpo docente (membro permanente) do Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental do Instituto de Física da Universidade Federal de Mato Grosso, onde orienta em nível de mestrado e doutorado. Fazer parte do corpo docente (membro permanente) do Mestrado Profissional do Programa de Pós-Graduação em Gestão de Riscos e Desastres Naturais na Amazônia - (PPGGRD) da Universidade Federal do Pará. Pesquisa na área de Interação Biosfera Atmosfera, Análise e Modelagem de Microclima e Ecologia de Ecossistemas, na linha de Física Atmosférica, modelagem atmosférica, meteorologia física e dinâmica, aerossóis atmosféricos e suas interações com a radiação solar, propriedades físicas e químicas dos aerossóis , Propriedades ópticas de aerossóis, forçantes radiativos e fluxos superficiais.

João Basso Marques, Universidade Federal de Mato Grosso

Possui graduação em Física (UFMT), mestrado em Física (IFUSP), Doutorado em Física (UFMT), exerceu função de Físico do grupo EUV na linha SXS no LNLS - Laboratório Nacional de Luz Sincrotron por 3 anos, atuando como Físico de Linha com as técnicas (XANES, XAFS, TEY, XPS, UPS, XPD, XAS), Pós-doc (PNPD-CAPES) (UFMT) e colaborações em trabalhos de física da matéria condensada experimental. Atualmente é Professor Adjunto A1 do Instituto de Física da UFMT e membro docente efetivo do PPGFA-UFMT, desenvolvendo atividades de ensino, extensão e pesquisa em Física da matéria condensada, Física Aplicada Experimental, Instrumentação Científica e Ciências Ambientais. Orientação de IC, Mestrado e Doutorado.

Leone Francisco Amorim Curado , Universidade Federal de Mato Grosso

Possui graduação em Física pela Universidade Federal de Mato Grosso (2009). Mestrado em Física Ambiental (2011) e Doutorado em Física Ambiental (2013) pela Universidade Federal de Mato Grosso. Atualmente e Professor Adjunto IV da Universidade Federal de Mato Grosso. Credenciado no Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/UFMT. Tem cooperação com a California State University, San Marcos. Pesquisa na área de Ciências Ambientais com ênfase em evapotranspiração, correlação de vórtices turbulentos, modelagem de trocas de energia entre superfície vegetada e atmosfera, efeitos dos aerossóis nas variáveis climáticas e dados micrometeorológicos.

Referências

Ackerman, A. S., Toon, O. B., Taylor, J. P., Johnson, D. W., Hobbs, P. V., & Ferek, R. J. (2000). Effects of aerosols on cloud albedo: Evaluation of Twomey’s parameterization of cloud susceptibility using measurements of ship tracks. Journal of the Atmospheric Sciences, 57(16), 2684-2695. https://doi.org/10.1175/15200469(2000)057<2684:EOAOCA>2.0.CO;2

Andreae, M. O., Rosenfeld, D., Artaxo, P., Costa, A. A., Frank, G. P., Longo, K. M., & Silva-Dias, M. A. F. (2004). Smoking rain clouds over the Amazon. Science, 303(5662), 1337-1342.

Artaxo, P., Oliveira, P., Lara, L. L., Pauliquevis, T. M., Rizzo, L. V., Pires Junior, F. C., Paixão, M. A., Longo, K. M., Freitas, S. R., & Correia, A. L. (2006). Efeitos climáticos de partículas de aerossóis biogênicos e emitidos em queimadas na Amazônia. Revista Brasileira de Meteorologia, 21(3a), 168-189. Disponível em: http://ftp.lfa.if.usp.br/ftp/public/Publications_Paulo_Artaxo/2006/Efeitos_climaticos_aerossois_de_queimadas_e_biogenicos_Rev_Bras_Meteorologia_Dezembro_2006_Paulo_Artaxo.pdf. Acesso em: 03 de março de 2023.

Artaxo, P., Rizzo, L. V., Paixão, M., Lucca, S., Oliveira, P. H., Lara, L. L., Wiedemann, K. T., Andreae, M. O., Holben, B., & Schafer, J. (2009). Aerosol particles in Amazonia: Their composition, role in the radiation balance, cloud formation, and nutrient cycles. Amazonia and Global Change, 233-250. http://dx.doi.org/10.1029/2008gm000778

Bibi, S., Alam, K., Chishtie, F., Bibi, H., & Rahman, S. (2017). Temporal variation of black carbon concentration using aethalometer observations and its relationships with meteorological variables in Karachi, Pakistan. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 157-158, 67-77. http://dx.doi.org/10.1016/j.jastp.2017.03.017

Biudes, M. S., Vourlitis, G. L., Machado, N. G., Arruda, P. H. Z., Neves, G. A. R., Lobo, F. A., Neale, C. M. U., & Nogueira, J. S. (2015). Patterns of energy exchange for tropical ecosystems across a climate gradient in Mato Grosso, Brazil. Agricultural and Forest Meteorology, 202, 112-124. http://dx.doi.org/10.1016/j.agrformet.2014.12.008

Brasil. Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA. (1990). Resolução CONAMA n. 3 de 28 de junho de 1990. Diário Oficial da União. Disponível em: http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=100. Acesso em: 19 de junho de 2023.

Brasil. Ministério do Meio Ambiente. (2007). *Biodiversidade do Cerrado e Pantanal: Áreas e ações prioritárias para conservação* (Série Biodiversidade, 17). Brasília: Ministério do Meio Ambiente.

Capp, E., & Nienov, O. H. (2020). Bioestatística quantitativa aplicada. Porto Alegre: UFRGS. Disponível em: https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/213489/001117628.pdf?sequence=1. Acesso em: 12 de junho de 2023.

Charlson, R. J., Schwartz, S. E., Hales, J. M., Cess, R. D., Coakley, J. A., Hansen, J. E., & Hofmann, D. J. (1992). Climate forcing by anthropogenic aerosols. Science, 255(5043), 423-430. http://dx.doi.org/10.1126/science.255.5043.423

Costa, A. A., Pauliquevis Júnior, T. M., Souza, E. P., Martins, J. A., Yamasoe, M., Andrade, M. F., & Barbosa, J. H. M. (2006). Aerossóis atmosféricos e nuvens (6ª ed.). Rio de Janeiro: Primeiro Relatório de Avaliação Nacional.

Couto, C. M. D. (2020). Radiação de onda longa atmosférica na superfície em regiões subúmida e semiárida da Bahia (Dissertação de mestrado). Universidade Federal do Recôncavo da Bahia. Disponível em: https://www.ufrb.edu.br/pgea/images/Teses/Cosme_Mateus_Dias_Couto.pdf. Acesso em: 02 de outubro de 2023.

Curado, L. F. A. (2011). Estimativa sazonal da emissividade atmosférica do Pantanal Mato-Grossense (Dissertação de mestrado). Universidade Federal de Mato Grosso.

Duarte, L. G. (2020). Análise sazonal e interanual do balanço de energia no Pantanal Mato-Grossense (Dissertação de mestrado). Universidade Federal de Mato Grosso.

Fiocruz. (2020). Incêndios florestais no Pantanal 2020. Cuiabá: Ministério da Saúde.

FLORA E FUNGA DO BRASIL. (2023). Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em: http://floradobrasil.jbrj.gov.br/. Acesso: 17 de maio de 2023.

Jin, M., Shepherd, J. M., & King, M. D. (2005). Urban aerosols and their variations with clouds and rainfall: A case study for New York and Houston. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 110*(D10).

Li, W., Wang, Y., Yi, Z., Guo, B., Chen, W., Che, H., & Zhang, X. (2024). Evaluation of MERRA-2 and CAMS reanalysis for black carbon aerosol in China. Environmental Pollution, 343, 123182. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2023.123182

Martins, J. A. (2006). Efeito dos núcleos de condensação na formação de nuvens e o desenvolvimento da precipitação na região amazônica durante a estação seca (Tese de doutorado). Universidade de São Paulo.

Palácios, R. S., Romera, K. S., Curado, L. F. A., Banga, N. M., Rothmund, L. D., Sallo, F. D. S., Morais, D., Santos, A. C. A., Moraes, T. J., Morais, F. G., Landulfo, E., Franco, M. A. M., Kuhnen, I. A., Marques, J. B., Nogueira, J. S., & Júnior, L. C. G. D. V. (2020). Long-term analysis of optical and radiative properties of aerosols in the Amazon Basin. Aerosol and Air Quality Research, 20, 139-154. https://doi.org/10.4209/aaqr.2019.04.0189

Penatti, N. C. (2014). Natasha Costa Penatti (Tese de doutorado). Universidade de São Paulo.

Perin, A. L. (2009). Desenvolvimento de um equipamento para medição de emissividade (Dissertação de mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Pinto, A. B. L. (2013). Pecuária bovina e os impactos do desmatamento e das queimadas no Pantanal Norte / MT. Universidade Federal de Mato Grosso. 14º EGAU (Encontro de Geógrafos da América Latina).

Ramachandran, S., & Kedia, S. (2011). Aerosol radiative effects over an urban location and a remote site in western India: Seasonal variability. Atmospheric Environment, 45(39), 7415-7422.

Rayl, J., Brownson, J. R. S., & Young, G. (2012). Climate-regime cospectrum analysis: Shortwave solar irradiance for regionally spaced locales. In World Renewable Energy Forum, WREF 2012, Including World Renewable Energy Congress XII and Colorado Renewable Energy Society (CRES) Annual Conference (pp. 1957-1962

Rodrigues, N., Silva, L., Oliveira, A., Pinillos, A. C., & Souza, C. (2014). Análise da distribuição espaço-temporal e quantificação de focos de calor, na área fisiográfica do Pantanal Matogrossense. Enciclopédia Biosfera, 10(19), 295.

Santos, A. C. A. (2018). Absorção da radiação solar por partículas de aerossóis no Pantanal Mato-grossense (Tese de doutorado). Universidade Federal de Mato Grosso.

Satheesh, S. K., & Ramanathan, V. (2000). Large differences in tropical aerosol forcing at the top of the atmosphere and Earth's surface. Nature, 405(6782), 60-63. https://doi.org/10.1038/35011039

SEMA. (2023). I.N. 04/2023 SEMA/MT - SIMCAR e áreas consolidadas. Cuiabá: Secretaria de Estado de Meio Ambiente.

Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2006). Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change (2nd ed.). John Wiley & Sons.

Sena, E. T., Artaxo, P., & Correia, A. L. (2013). Spatial variability of the direct radiative forcing of biomass burning aerosols and the effects of land use change in Amazonia. Atmospheric Chemistry and Physics, 13(3), 1261-1275.

Silva, H. J. A. (2021). Influência da variação sazonal da concentração de Black Carbon na emissividade atmosférica do Pantanal Mato-Grossense (Dissertação de mestrado). Universidade Federal de Mato Grosso.

Silva, J. B., Gaio, D. C., Curado, L. F. A., Nogueira, J. S., Valle Júnior, L. C. G., & Rodrigues, T. R. (2019). Evaluation of methods for estimating atmospheric emissivity in Mato-Grossense Cerrado. Ambiente e Água - An Interdisciplinary Journal of Applied Science, 14(3), 1. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.2288

Vallejo, L. R. (2010). A dimensão socioambiental do Cerrado brasileiro (60 p.). https://www.academia.edu/38229762/Cap_Livro_Cerrado_pdf

Viganó, H. H. G., Souza, C. C., Cristaldo, M. F., Reis Neto, J. F., & Jesus, L. (2018). Incêndios no Pantanal de Corumbá, MS: modelagem e previsão a partir das técnicas de análise multivariada. Revista Ambiente & Água - An Interdisciplinary Journal of Applied Science, 13(5), 1-13.

Wolf, A., & Laca, E. A. (no prelo). Cospectral analysis of high frequency signal loss in eddy covariance measurements. Atmospheric Chemistry and Physics.

Zhang, H., Zhu, S., Zhao, S., & Wei, X. (2020). Establishment of high-resolution aerosol parameterization and its influence on radiation calculations. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 243, 106802. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.106802