Efeitos Climatológicos dos Aerossóis Balanço de Energia em uma Região de Transição na Amazonia Legal

Leilane Duarte; Rafael Palácios; Leone Francisco Amorim Curado

doi:10.26848/rbgf.v18.6.p4513-4530

Autores/as

Leilane Duarte Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0002-6967-3778
Rafael Palácios Universidade Federal do Pará https://orcid.org/0000-0002-7628-1342
Leone Francisco Amorim Curado Universidade Federal de Mato Grosso https://orcid.org/0000-0002-0375-7725

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v18.6.p4513-4530

Palabras clave:

Aerossóis, Profundidade Óptica, Balanço de Energia, Método de Bowen, Radiação Global

Resumen

A atuação dos aerossóis atmosféricos sobre a radiação solar incidente pode trazer fortes implicações para os ecossistemas e para o clima, isso porque essas partículas atuam diretamente absorvendo e espalhando a radiação solar. Nesse sentido, esse estudo realizou uma análise comparativa dos fluxos de energia sob diferentes condições atmosféricas, distinguindo entre céu-claro, com pouca influência do aerossol, e sob condições de aerossóis. Essa distinção foi realizada utilizando a profundidade ótica do aerossol (AOD). Foi utilizado o Método da Razão de Bowen para estimar os fluxos do balanço de energia. Em seguida, com os valores horários das variáveis foi realizado um ajuste polinomial de quarta ordem que permitiu realizar as estimativas sob condições de céu-claro. Por fim, realizou-se o cálculo do índice de claridade (kt) tanto para condições de céu-claro quanto sob condições de aerossóis. A análise horária mostrou que o saldo de radiação (Rn) e o fluxo de calor sensível (H), sob condições de aerossóis, apresentaram valores horários inferiores aos registrados sob condições de céu-claro. As diferenças observadas foram de 3,89 a 15,64 Wm^-2para o Rn e de 9,00 a 28,13 Wm^-2para o H. Por outro lado, tanto o fluxo de calor latente (LE) quanto o fluxo de calor no solo (G) registraram valores significativamente maiores quando comparados às estimativas sob condições de céu-claro. As diferenças observadas variaram de 1,36 a 31,71 Wm^-2 para o LE e de 20,62 a 133,23 Wm^-2 para o G. Quando considerado todo o período, sob condições de aerossóis, o saldo de radiação (Rn), o fluxo de calor latente (LE), o fluxo de calor sensível (H) e a radiação global (Rg) apresentaram valores que são 18,51, 15,17, 44,10 e 3,83 Wm^-2 menores, respectivamente, em comparação com os valores registrados sob condições de céu-claro.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

Leilane Duarte, Universidade Federal de Mato Grosso

Atualmente é discente de Doutorado pelo programa de Pós Graduação em Física Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), campus Cuiabá. Possui Mestrado em Física Ambiental pela UFMT - Cuiabá e graduação em Licenciatura Plena em Física pela UFMT - Cuiabá. Participou do Programa Institucional de Iniciação a Docência (PIBID) de 2014 à 2016. Participou do Programa de Iniciação Científica (PIBIC) da UFMT de 2016 à 2017. Atuou como coordenadora discente do projeto: Resgate Social: Intervenções em Escolas de Cuiabá (2017).

Rafael Palácios, Universidade Federal do Pará

Possui graduação em Física com ênfase em Física Ambiental pela Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS) (2008). Mestrado em Física Ambiental na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) (2014). Doutor em Física Ambiental na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) (2017) com estágio Sanduíche no Departamento de Física Aplicada, Laboratório Física Atmosférica, do Instituto de Física na Universidade de São Paulo (USP). Atualmente é Professor Efetivo, Classe Adjunto, do Instituto de Geociências na 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. Faz parte do corpo docente (membro permanente) do Mestrado Profissional no Programa de Pós Graduação em Gestão de Riscos e Desastres Naturais na Amazônia - (PPGGRD) na Universidade Federal do Pará. Pesquisa na área de Interação Biosfera Atmosfera, Análise e Modelagem Microclimática e de Ecologia de Ecossistemas, na linha de Física da Atmosfera, modelagem atmosférica, meteorologia física e dinâmica, aerossóis atmosféricos e suas interações com a radiação solar, propriedades físicas e químicas de aerossóis, propriedades óticas de aerossóis, forçamento radiativo e fluxos de superfície.

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.

Citas

Andreae, M.O., 2019. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning an updated assessment. Atmospheric Chemistry and Physics, 19, 8523-8546. https://doi.org/10.5194/acp-19-8523-2019.

Artaxo, P., Hansson, H.C., Machado, L.A.T., Rizzo, L.V., 2022. Tropical forests are crucial in regulating the climate on earth. PLOS Climate 1, e0000054. https://doi.org/10.1371/journal.pclm.0000054.

Artaxo, P., Rizzo, L.V., Brito, J.F., Barbosa, H.M., Arana, A., Sena, E.T., Cirino, G.G., Bastos, W., Martin, S.T., Andreae, M.O., 2013. Atmospheric aerosols in amazonia and land use change: from natural biogenic to biomass burning conditions. Faraday discussions 165, 203-235. https://doi.org/10.1039/C3FD00052D.

Bai, Y., Wang, J., Zhang, B., Zhang, Z., Liang, J., 2012. Comparing the impact of cloudiness on carbon dioxide exchange in a grassland and a maize cropland in northwestern China. Ecological Research 27, 615-623. https://doi.org/10.1007/s11284-012-0930-z.

Blanco, L. De S., Portella, D.A.P.Da C., Santos, J. L.A., Barbosa, S.C.O., Dias, J.L.R., 2022. O projeto de modernização brasileira e suas consequências socioambientais no matopiba. Boletim Paulista de Geografia 1, 121-136. https://publicacoes.agb.org.br/boletim-paulista/article/view/2162.

Bond, T.C., Doherty, S.J., Fahey, D.W., Forster, P.M., Berntsen, T., Deangelo, B.J., Flanner, M.G., Ghan, S., Kärcher, B., Koch, D. et al., 2013. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientic assessment. Journal of geophysical research: Atmospheres 118, 5380-5552. https://doi.org/10.1002/jgrd.50171.

Boucher, O., Randall, D., Artaxo, P., Bretherton, C., Feingold, G., Forster, P., Kerminen, V.M., Kondo, Y., Liao, H., Lohmann, U., Rasch, P., Satheesh, S.K., Sherwood, S., Stevens, B., Zhang, X.Y., 2013. Clouds And Aerosols. In. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2013. 571-657.

Bowen, I.S., 1926. The ratio of heat losses by conduction and by evaporation fromany water surface. Physical review 27, 779. https://doi.org/10.1103/PhysRev.27.779.

Cirino, G., Souza, R., Adams, D., Artaxo, P., 2014. The effect of atmospheric aerosol particles and clouds on net ecosystem exchange in the amazon. Atmospheric Chemistry and Physics 14, 6523-6543. https://doi.org/10.5194/acp-14-6523-2014.

Curado, L.F.A., de Paulo, S.R., da Silva, H.J.A. et al., 2024. Effect of biomass burning emission on carbon assimilation over Brazilian Pantanal. Theoretical and Applied Climatology 155, 999–1006. https://doi.org/10.1007/s00704-023-04673-0.

Curado, L.F.A., Paulo, S.R., Paulo, I.J.C., Maionchi, D.O., Silva, H.J.A., Costa, R.O., Silva, I.M.C.B., Marques, J.B., Lima, A.M.S., Rodrigues, T.R., 2023. Trends and patterns of daily maximum, minimum and mean temperature in brazil from 2000 to 2020. Climate 11, 168. https://doi.org/10.3390/cli11080168.

Feingold, G., Jiang, H., Harrington, J.Y., 2005. On smoke suppression of clouds in amazonia. Geophysical research letters 32, GL021369. https://doi.org/10.1029/2004GL021369.

Foley, J.A., Costa, M.H., Delire, C., Ramankutty, N., Snyder, P., 2003. Green surprise? how terrestrial ecosystems could aect earth's climate. Frontiers in Ecology and the Environment 1, 3844. https://doi.org/10.1890/1540-9295(2003)001[0038:GSHTEC]2.0.CO,2.

Forster, P., Ramaswamy, V., Artaxo, P., Berntsen, T., Betts, R., Fahey, D.W., Haywood, J., Lean, J., Lowe, D.C., Myhre, G. et al., 2007. Changes in atmospheric constituents and in radiative forcing. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the 4th Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, USA, 2007.

Franco, M.A., Morais, F.G., Rizzo, L.V. et al., 2024. Correction: Aerosol optical depth and water vapor variability assessed through autocorrelation analysis. Meteorology and Atmospheric Physics 136, 22. https://doi.org/10.1007/s00703-024-01019-x.

Gubanova, D.P., Vinogradova, A.A., Sadovskaya, N.V., 2023. Brochosomes and other bioaerosols in the surface layer of the atmosphere of moscow metropolis. Atmosphere 14, 504. https://doi.org/10.3390/atmos14030504.

Hofmann, G.S., Cardoso, M.F., Alves, R.J., Weber, E.J., Barbosa, A.A., Toledo, P.M., Pontual, F.B., Salles, L.D.O., Hasenack, H., Cordeiro, J. L. et al., 2021. The brazilian cerrado is becoming hotter and drier. Global Change Biology 27, 4060-4073. https://doi.org/10.1111/gcb.15712.

Holben, B.N., Eck, T.F., Slutsker, I.A., Tanré, D., Buis, J., Setzer, A., Vermote, E., Reagan, J.A., Kaufman, Y., Nakajima, T. et al., 1998. Aeronet a federated instrument network and data archive for aerosol characterization. Remote sensing of environment 66, 1-16. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(98)00031-5.

IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3−32, doi:10.1017/9781009157896.001.

Koeppen, W., Pérez, P.R.H., 1948. Climatologia: con un estudio de los climas de la tierra. [S.l.: s.n.].

Leitão, M., Moura, M., Saldanha, T. F., Espínola Sobrinho, J., Oliveira, G.M., 2020. Balanço de radiação sobre um solo descoberto para quatro períodos do ano. Revista de Ciência e Tecnologia da UNIMEP 8, 59-65.

Mallet, M., Tulet, P., Serça, D., Solmon, F., Dubovik, O., Pelon, J., Pont, V., Thouron, O., 2009. Impact of dust aerosols on the radiative budget, surface heat fluxes, heating rate profiles and convective activity over west africa during march 2006. Atmospheric Chemistry and Physics 9, 7143-7160, 2009. https://doi.org/10.5194/acp-9-7143-2009.

Morais, F.G., Franco, M.A., Palácios, R., Machado, L.A., Rizzo, L.V., Barbosa, H.M., Jorge, F., Schafer, J.S., Holben, B.N., Landulfo, E. et al., 2022. Relationship between land use and spatial variability of atmospheric brown carbon and black carbon aerosols in amazonia. Atmosphere 13, 1328. https://doi.org/10.3390/atmos13081328.

Murthy, B., Latha, R., Kumar, M., Mahanti, N., 2014. Effect of aerossol on evapo-transpiration. Atmospheric Environment 89, 109-118. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.02.02.

Nabat, P., Kanji, Z. A., Mallet, M., Denjean, C., Solmon, F., 2022. Aerosol-cloud interactions and impact on regional climate. In: Atmospheric Chemistry in the Mediterranean Region 2, 403-425. https://doi.org/10.1007/978-3-030-82385-6_20.

Novais, J.W.Z., Sanches, L., Silva, L.B.D., Machado, N.G., Aquino, A.M., Junior, O.B.P., 2016. Albedo do solo abaixo do dossel em área de vochysia divergens pohl no norte do pantanal. Revista Brasileira de Meteorologia 31, 157-166. https://doi.org/10.1590/0102-778631220150001.

Palácios, R., Castagna, D., Barbosa, L., Souza, A.P., Imbiriba, B., Zolin, C.A., Nassarden, D., Duarte, L., Morais, F.G., Franco, M.A. et al., 2024. ENSO effects on the relationship between aerosols and evapotranspiration in the south of the Amazon biome.Environmental Research 250, 118516 https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118516.

Palácios, R., Nassarden, D.C.S., Franco, M.A., Morais, F.G., Machado, L.A.T., Rizzo, L.V., Cirino, G., Pereira, A.G.C., Ribeiro, P.d.S., Barros, L.R.C., et al., 2022c. Evaluation of MODIS Dark Target AOD Product with 3 and 10 km Resolution in Amazonia. Atmosphere 13, 1742. https://doi.org/10.3390/atmos13111742.

Palácios, R., Romera, K., Rizzo, L., Cirino, G., Adams, D., Imbiriba, B., Nassarden, D., Rothmund, L., Siqueira, A., Basso, J. et al., 2022b. Atmospheric Pollution Research 13, 101413. https://doi.org/10.1016/j.apr.2022.101413.

Palácios, R.S., Artaxo, P., Cirino, GG., Nakale, V., Morais, F.G., Rothmund, L.D., Biudes, M.S., Machado, N.G., Curado, L.F.A., Marques, J.B., Nogueira, J., 2022a. Long-term measurements of aerosol optical properties and radiative forcing (2011-2017) over Central Amazonia. Atmósfera 35, 143-163. https://doi.org/10.20937/ATM.52892.

Palácios, R.S., Romera, K.S., Curado, L.F.A., Banga, N.M., Rothmund, L.D., Sallo, F.S., Morais, D., Santos, A.C.A., Moraes, T.J., Morais, F.G. et al., 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.

Palácios, R.S., Sallo, F.S., Nogueira, J.S., 2016. Variability of aerosol optical depth over cerrado of mato grosso, brazil. Environment and Ecology Research 4, 99-105.

Palácios, R.S.; de Paulo, S.R.; de Paulo, I.J.C.; Lobo, F.d.A.; Maionchi, D.d.O.; da Silva, H.J.A.; da Silva, I.M.C.B.; Marques, J.B.; Biudes, M.S.; Dalmagro, H.J.; et al., 2023. Temporal Evolution of Vapor Pressure Deficit Observed in Six Locations of Different Brazilian Ecosystems and Its Relationship with Micrometeorological Variables. Forests 14, 1543. https://doi.org/10.3390/f14081543.

Perez, P., Castellvi, F., Ibanez, M., Rosell, J., 1999. Assessment of reliability of bowen ratio method for partitioning fluxes. Agricultural and Forest Meteorology 97, 141-150. https://doi.org/10.1016/S0168-1923(99)00080-5.

Rodrigues, S., Cirino, G., Moreira, D., Pozzer, A. Palácios, R., Lee, S.C., Imbiriba, B., Nogueira, J., Vitorino, M.I., Vourlitis, G., 2023. Enhanced net CO2 exchange of a semideciduous forest in the southern Amazon due to diffuse radiation from biomass burning. Biogeosciences, 21, 843-868, https://doi.org/10.5194/bg-21-843-2024.

Rodrigues, T.R., Vourlitis, G.L., Lobo, F.D.A., Oliveira, R.G., Nogueira, J.D.S., 2014. Seasonal variation in energy balance and canopy conductance for a tropical savanna ecosystem of south central mato grosso, Brazil. Journal of Geophysical Research 119, 1-13. https://doi.org/10.1002/2013JG002472.

Romera, K.S., Musis, C.R.D., Palácios, R.S., Curado, L.F.A., Nogueira, J.S., Marques, J.B., Costa, R.O., Brunelli, T.C., Duarte, L.G., 2019. Variabilidade interanual das propriedades óticas de aerossóis em biomas distintos na Amazônia legal. Revista Brasileira de Climatologia 25, 424-443. https://doi.org/10.5380/abclima.v25i0.61621.

Sabino, M., Silva, J.B.D., Costa, R.D.O., Duarte, L.G., Souza, A.P., 2022. Parâmetros biofísicos e índices de extremos de temperatura do ar na transição cerrado-amazônia. Sociedade & Natureza, 32, 490-500. https://doi.org/10.14393/SN-v32-2020-49257.

Schafer, J., Eck, T., Holben, B., Artaxo, P., Duarte, A., 2008. Characterization of the optical properties of atmospheric aerosols in amazonia from long-term aeronet monitoring (1993-1995 and 1999-2006). Journal of Geophysical Research: Atmospheres 113, D4. https://doi.org/10.1029/2007JD009319.

Seinfeld, J.H., Pandis, S.N., 2016. Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change. [S.l.]: John Wiley & Sons, 2016. https://doi.org/10.1080/00139157.1999.10544295.

Sena, E.T., Artaxo, P., Correia, A.L., 2013. Spatial variability of the direct radiative forcing of biomass burning aerosols and the e_ects of land use change in amazonia. Atmospheric Chemistry and Physics 13, 1261-1275. https://doi.org/10.5194/acp-13-1261-2013.

Steiner, A.L., Mermelstein, D., Cheng, S.J., Twine, T.E., Oliphant, A., 2013. Observed impact of atmospheric aerosols on the surface energy budget. Earth Interactions 17, 1-22. https://doi.org/10.1175/2013EI000523.1

Verma, S.B., Rosenberg, N.J., Blad, B.L., 1978. Turbulent Exchange coeficients for sensible heat and water vapor under advective conditions. Journalof Applied Meteorology (1962-1982), 330-338.

Zhang, Li, L., Song, J., Akhter, Z.H., Zhang, J., 2023. Understanding aerosol–climate–ecosystem interactions and the implications for terrestrial carbon sink using the Community Earth System Model. Agricultural and Forest Meteorology 340, 109625. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109625.

Zhang, M., Yu, G.R., Zhang, L.M., Sun, X.M., Wen, X.F., Han, S.J., Yan, J.H., 2010. Impact of cloudiness on net ecosystem exchange of carbon dioxide in different types of forest ecosystems in China. Biogeosciences 7, 711-722. https://doi.org/10.5194/bg-7-711-2010.

Zhou, H., Yue, X., Lei, Y., Chenguang Tian, C., Yimian Ma, Y., Cao, Y., 2021. Aerosol radiative and climatic effects on ecosystem productivity and evapotranspiration. Current Opinion in Environmental Science & Health 19, 100218. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2020.10.006.

Zhou, H., Yue, X., Lei, Y., Tian, C., Ma, Y., Cao

Y., 2022. Large contributions of diffuse radiation to global gross grimary groductivity during 1981-2015. Global Biogeochemical Cycles 35, e2021GB006957. https://doi.org/10.1029/2021GB006957.