Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2016 |
| Autor(a) principal: |
Madeleine Sánchez Gácita |
| Orientador(a): |
Karla Maria Longo de Freitas |
| Banca de defesa: |
Nilton Manuel Évora do Rosário,
Maria Assunção Faus da Silva Dias,
Alexandre Lima Correia |
| 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
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
BR
|
| Resumo em Inglês: |
This work aimed to estimate the contribution of biomass burning emissions to the deposition of nitrogen species in South America, to contribute to the assessment of the alterations in the biogeochemical cycles of the potential affected ecosystems. As a first step, a compilation of reactive nitrogen data was made, including inorganic and organic components, with studies available in the literature and an aerosol composition study conducted with aerosol samples collected during the SAMBBA experiment (The South American Biomass Burning Analysis). Then, a series of sensitivity tests were conducted to assess the level of sophistication required in the modelling of biomass burning aerosols, including the assessment of the relative importance of rainout and washout process. Finally, two sets of numerical simulations were conducted, with and without biomass burning emissions, to assess the deposition of reactive nitrogen, and the contribution of biomass burning to it. The modeling work was conducted with the 3D atmospheric transport model BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modelling System). The BRAMS model is able to simulate the emissions, transport and removal processes of gases and aerosols and chemical reactivity in the atmosphere. Several improvements for a better representation of relevant processes in tropical and subtropical regions are already included in the model, such as the parameterization of shallow and deep convection and the plume rising for biomass burning. The model also includes the aerosol module MATRIX, Multiconfiguration Aerosol TRacker of mIXing state, allowing for the simulation of the temporal evolution of up to 16 aerosol populations, and their interactions. The available observations showed that reactive nitrogen concentrations were higher during the dry season, but its deposition showed no seasonal characteristics due to the lower rain volumes. In the South and Southeast of Brazil, however, the deposition was much higher during the dry season months. While washout or below-cloud scavenging proved to be a very slow process that can be neglected in a first approximation, rainout is likely the preferred removal pathway of biomass burning aerosols originated in Amazônia. The sensitivity testes conducted indicated that it is important to consider the very low hygroscopicity specific to these aerosols, since the use of moderate values as suggested for other biomass/regions could result in overestimations of up to 50\% in the CCN concentration. On the other hand, even when the population is externally mixed, it can be simulated as an external mixture with an average error of $\sim$5\%. The simulations conduced allowed for an estimation of the nitrate and ammonium deposition loads that was consistent with observations, with exception of the south of Brazil. In this region, the low precipitation accumulates resulted in a low wet deposition loads. However, the deposition loads associated with a cold front system showed as much as twice the average deposition load obtained for the period. Biomass burning contributed with over 30\% of the total nitrogen population in a large extension of the continent. |
| Link de acesso: |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/05.05.23.37
|
Resumo: |
O presente trabalho visou estimar a contribuição das emissões de queimadas à deposição de espécies nitrogenadas na América do Sul, a fim de contribuir para a avaliação das possíveis alterações no ciclo biogeoquímico de nitrogênio nas regiões afetadas. Foi realizada uma compilação dos dados de nitrogênio reativo, incluindo a componente orgânica, disponíveis na literatura, assim como dados de concentração de nitrogênio reativo em aerossóis coletados durante a campanha do experimento SAMBBA (\emph{The South American Biomass Burning Analysis}), analisados como parte do presente trabalho. Visando determinar o nível de detalhamento da inclusão das características dos aerossóis de queimadas na modelagem numérica do aporte dos mesmos à deposição de nitrogênio reativo, foi realizado um conjunto de testes de sensibilidade. Por fim, foram conduzidas duas simulações numéricas para um estudo de caso, com e sem emissões de queimadas, para determinar a deposição de nitrogênio no continente e o aporte das queimadas à mesma. Para tanto, foi utilizado o modelo de transporte químico atmosférico 3D BRAMS \emph{Brazilian Regional Atmospheric Modelling System}, desenvolvido e mantido pelo INPE, capaz de simular as emissões, transporte, processos de remoção de gases traços e aerossóis e a reatividade química na atmosfera. Este modelo já inclui diversas melhorias para regiões tropicais e subtropicais na representação de processos de relevância, como a parametrização da convecção rasa e profunda e o levantamento da pluma para emissões de queimadas de biomassa, e o módulo de aerossóis MATRIX, \emph{Multiconfiguration Aerosol TRacker of mIXing state}, que permite simular a evolução de diferentes populações de aerossóis e os processos de interação entre elas. De acordo com as observações, o nitrogênio reativo depositado na Amazônia não apresenta um caráter sazonal, já que as concentrações mais elevadas durante a estação seca são compensadas com menores volumes de precipitação. Entretanto, nas regiões Sul e Sudeste, a deposição foi muito mais elevada nos meses de inverno. Os testes de sensibilidade mostraram que, enquanto a remoção úmida abaixo da nuvem do aerossol de queimadas é um processo lento que pode ser desconsiderado, a remoção dentro da nuvem é um processo mais eficiente. Entretanto, é importante simular a população de aerossóis utilizando o fator de higroscopicidade específica muito baixo observado para os aerossóis da região, já que a utilização de higroscopicidade mais elevadas como as sugeridas para outras regiões/biomas pode resultar na superestimativa do CCN em até 50\%. Mesmo sendo externamente misturada em termos de higroscopicidade, a população de queimadas pode ser simulada como uma mistura interna, resultando em um erro médio de apenas $\sim$5\%. As simulações conduzidas para um período de tempo parcialmente coincidente com o experimento SAMBBA, com e sem emissões provenientes das queimadas, indicaram uma estimativa das cargas de deposição consistente com as observações de deposição de nitrato e amônio, com exceção da região sul do Brasil, para a qual os valores simulados foram subestimados, devido às condições tipicamente secas do período simulado. Os valores estimados para a deposição associada ao avanço de um sistema frontal, indicaram um aumento na deposição úmida que resultou no incremento em até duas vezes da carga total de deposição na região. Para o período analisado, as queimadas representaram um aporte de entre 30\% e 60\% à deposição de nitrogênio reativo numa área extensa do continente. |
