Uma avaliação do efeito dos aerossóis na organização e estrutura das nuvens convectivas

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Weber Andrade Gonçalves
• Orientador(a): Luiz Augusto Toledo Machado
• Banca de defesa: Marcos Daisuke Oyama, Maria Assunção Faus da Silva Dias, Paulo Eduardo Artaxo Neto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia
• País: BR
• Resumo em Inglês: The main objective of this research was to analyze the aerosol influence on nebulosity and precipitation. The research was divided in three distinct stages. The first stage was dedicated to obtain a global climatology of Convective Systems by the use of 26 years of data from ISCCP-Tracking Database. Three areas considered as source of Convective Systems in the world were identified over the tropics: Amazon Forest, Sahel/Congo Forest (in Africa) and the Indonesian region. It was observed that over continental areas, Convective Systems are smaller, last less, but are more penetrative than oceanic systems. This climatology was extremely important for the second stage of this research, which aimed to evaluate the influence of aerosols on Convective Systems over some areas in the globe, by the use of the ISCCP-Tracking database in addition to aerosol optical thickness obtained by MODIS. Three tropical areas were pre- selected: Amazon, Congo and Indonesia. However, the results from Congo and Indonesia were inconclusive and new methodologies will be evaluated for studies in the future. For the Amazon Forest, a strengthening of the convection was observed for Convective Systems surrounded by greater amount of particulate material. Polluted atmospheres presented more penetrative Convective Systems, reaching more frequently 16 km, with more convective activity associated, reaching greater sizes and duration than atmospheres considered less polluted. The last stage of this research aimed to analyze the aerosol effect on precipitation with a regionalized focus, over Manaus-AM, a city located in the core of the Amazon Forest. For this step, data from a meteorological S-band radar, thermodynamic atmospheric profiles, \textit{in situ} measurements of Black Carbon were used. Precipitation characteristics were evaluated, as intensity and the presence of ice, for example. We show that, in general, the higher the black carbon concentration, the lower the precipitation over the region, possibly due to an association of the direct radiative and the indirect microphysical effects. An exception is observed during the dry semester, specifically when the atmosphere is unstable. It was noted that after a threshold of around 1200 ng/m$^{3}$ there is and increase of ice and precipitation in the analyzed systems. Then, the increase of black carbon contributes to the occurrence of large rain cells. The results indicate that black carbon concentration alone cannot determine the precipitation strengthening/weakening, but the atmospheric conditions play an important role in this relationship.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18/2013/04.09.10.49

O objetivo principal deste estudo foi o de analisar a influência exercida pelos aerossóis na nebulosidade e precipitação. A pesquisa foi dividida em três etapas distintas. Na primeira, foi realizada uma climatologia global de Sistemas Convectivos. Nesta climatologia foram utilizados, de maneira inédita, dados de identificação e rastreamento dos Sistemas Convectivos provenientes do ISCCP-Tracking. Esta etapa permitiu identificar áreas de maior ocorrência assim como avaliar as características físicas e morfológicas dos Sistemas Convectivos. Observou-se maior ocorrência de Sistemas Convectivos sobre a região tropical (cerca de 55 \% de todo o globo), principalmente sobre três áreas: Floresta Amazônica, Floresta do Congo e Sahel (na África) e a região da Indonésia. Ainda notou-se que sobre as áreas continentais, os Sistemas Convectivos são menores, duram menos, porém, são mais penetrativos e com maior atividade convectiva do que os sistemas oceânicos. Esta climatologia global foi de grande utilidade para a etapa seguinte do trabalho, que visou avaliar a influência dos aerossóis sobre os Sistemas Convectivos em algumas áreas do globo, com o uso dos dados do ISCCP-\textit{Tracking} em conjunto com dados de inferências da espessura óptica dos aerossóis a partir do sensor MODIS. A princípio, três áreas consideradas como fontes tanto de material particulado como de Sistemas convectivos foram selecionadas sobre a região tropical: Amazônia, Congo e Indonésia. Contudo, os resultados sobre as regiões do Congo e Indonésia foram inconclusivos e novas metodologias serão avaliadas para estudos posteriores. Sobre a Floresta Amazônia, foi evidenciado o fortalecimento da convecção a partir da maior presença de material particulado. Em atmosferas consideradas poluídas observou-se que os Sistemas Convectivos são mais penetrativos (atingindo com maior frequência a altura de 16 km), com maior atividade convectiva em seu interior, e que atingem maiores tamanhos e durações em relação aos sistemas presentes em atmosferas consideradas com menor presença de aerossol. A última etapa visou uma análise regionalizada sobre o entorno da cidade de Manaus-AM, onde foram utilizados dados de um radar meteorológico banda-S, em conjunto com dados de perfis termodinâmicos da atmosfera, além de medições \textit{in situ} de aerossóis do tipo Carbono Negro. Foram avaliadas diversas características dos sistemas precipitantes na região de estudo. Notou-se que quanto maior a quantidade de material particulado, menor é a precipitação, provavelmente associado aos efeitos radiativo e microfísicos. A exceção é observada durante o período seco, especialmente em atmosferas consideradas instáveis, onde a maior concentração de Carbono Negro contribui para uma maior presença de gelo, precipitação e ocorrência de maiores células precipitantes. Observou-se que a partir de um limiar de concentração de carbono negro de 1200 ng/m$^{3}$, ocorre um aumento na concentração de gelo e chuva nos sistemas precipitantes avaliados. Os resultados indicaram que as altas concentrações de Carbono Negro, não podem determinar, por si só, o aumento/diminuição da precipitação, porém, as condições de instabilidade atmosféricas provavelmente modulam o efeito.