Medidas de Concentração de Partículas de Condensação sobre o Litoral do Ceará

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1 Medidas de Concentração de Partículas de Condensação sobre o Litoral do Ceará Ednardo M. Rodrigues 1, Antônio G. A. Holanda Guerra 1, Gerson P. Almeida 2, Carlos J. Oliveira 2, F. G. M. Pinheiro 2 1-Estudantes do Curso do Mestrado Acadêmico em Ciências Físicas Aplicadas da UECE 2- professores do curso de física da UECE gerson@uece.br ABSTRACT: In this work we evaluate observations of condensation particles counter performed during experimental flight performed during the 29th april 21 and 15th may 21. These observations were performed over Ceara state coast using the ALPA (ALPA is the Portuguese acronym for aircraft laboratory for atmospheric research) of Ceara State University. The CPC was able to perform concentration measurement of particles sizes from.2μm up to 1 μm. Palavras-chave: Aerossol, Aeronave, Altitude, Concentração 1-INTRODUÇÃO As medições atmosféricas em aeronaves há muito contribuem para construção do conhecimento sobre Microfísica de Nuvens. (KNOLLENBERG, 1969 ; VEAL et al., 1978), sendo fundamental para determinar concentração de variáveis de interesse com a altura, como por exemplo, o perfil de concentração de aerossóis, o que pode ajudar a diminuir a incerteza na mudança climática relacionada as interações dos aerossóis com as nuvens e seus efeitos no balanço radiativo e ciclo hidrológico (Houghton, 21). Os aerossóis são os precursores das gotas nas nuvens e seus tamanhos, concentrações e afinidades por vapor d água influenciam a microfísica das nuvens e as propriedades radiativas. As observações e a modelagem (Kaufman et al. 1998; Raman athan et al. 21; Raes et al. 2) têm mostrado que a presença de aerossóis antropogênicos pode aumentar a concentração de gotas de nuvens em nuvens de baixo nível, exercer um resfriamento radiativo pelo aumento do albedo (Twomey 1977; Charlson et al. 1992) e diminuir a efic iência da precipitação (Albrecht 1989; Rosenfeld, 1999; Almeida e Santos, 27). Embora a importância das interações de Aerossol/CCN/Nuvem e os efeitos subseqüentes na hidrologia e no clima já sejam conceitualmente reconhecidos há muito tempo, as medidas de CCN nos trópicos, onde este subconjunto vital dos aerossóis pode exercer seu maior impacto passou a receber a devida importância há pouco tempo. Neste trabalho avaliamos a concentração de núcleos de condensação observados durante dois voos experimentos realizados sobre a costa do estado do Ceará nos dia 29 de abril de 21 e 15 de maio de 21 no período da manhã. 2-MATERIAIS E MÉTODOS Durante os estudos realizados dispôs-se de um P-Trak ultrafine particle counter, fabricado pela TSI, modelo 8525, calibrado pela fábrica, capaz de medir concentrações de aerossóis de tamanhos compreendidos desde,2 μm até 1 μm, contando concentrações desde até 5x1 5 partículas por cm 3 dentro do ALPA. O equipamento amostrou partículas isocineticamente para seu interior através do cano de acesso ao exterior do avião. As medidas de que tratam deste trabalho foram realizadas na manhã do dia 29 de abril de 21, enquanto o segundo voo foi realizado durante a manhã de 15 de maio de 21. A Figura 1 mostra o gráfico das trajetórias dos dois vôos.

2 FIGURA 1 - Trajetória do voos de 29 de abril e 15 de maio de 21. Adaptado de Google Earth. 3-RESULTADOS O vôo, realizado dia 29 de abril, iniciou às 7h 34min, horário local, partindo do Aeroporto Internacional Pinto Martins (lon O e lat3 46 S) seguindo pela costa até a posição 4 3 S e 2º48 O às 8h 21min. O retorno se deu em direção oposta. A Figura 2 mostra os valores de altura da aeronave em função do tempo enquanto a Figura 3 mostra os valores de concentração medidos. A L T IT U D E M E D ID A E M 2 9 / 4 /2 1 A ltitu d e(m :4 2 :4 2 7 :4 5 :1 2 7 :4 7 :4 2 7 :5 :1 2 7 :5 2 :4 3 7 :5 5 :1 3 7 :5 7 :4 3 8 : :1 3 8 : 2 :4 3 8 : 5 :1 3 8 : 7 :4 4 8 :1 :1 5 8 :1 2 :4 7 8 :1 5 :1 9 8 :1 7 :5 8 :2 :2 2 8 :2 2 :5 3 8 :2 5 :2 6 8 :2 7 :5 7 T e m p o(h h :m m :ss). FIGURA 2 - Altura da aeronave em função do tempo. De 7h 42min às 7h 46min, quando o avião sai da influência da poluição da zona urbana de Fortaleza, a concentração cai de cerca 93 cm -3 para 35 cm -3 a medida que altura aumenta de cerca de 46 m para 735 m. A partir de 7h 47min, observa-se grandes picos de concentração devido presença de nuvens a cerca de 1m de altura. Após as 7h 55min até às 8h 11min, a concentração continua diminuindo de 38 cm -3 para 156 cm -3 com a altura aumentando de cerca de 99 m à 1595 m. A partir desta altura o avião desceu para fazer coleta de dados em altura menores. Como se pode ver, os valores de concentração tem valores entre cerca de 6 cm -3 e 8 cm -3.

3 C ON C E N T R AÇ ÃO M E D ID A E M 29/4/21 Co n cetração(1/cm :42:42 7:45:12 7:47:42 7:5:12 7:52:43 7:55:13 7:57:43 8: :13 8: 2:43 8: 5:13 8: 7:44 8:1:15 8:12:47 8:15:19 8:17:5 8:2:22 8:22:53 :26 8:27:57 Te m po(hh:m m :ss) FIGURA 3 - Concentração de partículas por centímetro cúbico em função do tempo. As Figuras 4 e 5 mostram os valores de altura com o tempo e concentração com o tempo para o caso do voo realizado no dia 15 de maio. O experimento se iniciou às 7h e 49 min e retornou a Fortaleza às 8h e 36 min. O ponto de retorno foi em aproximadamete lat lon Durante este voo as alturas foram mantidas em patamares constantes durante a maior parte do tempo. Inicialmente adotou-se um patamar de cerca de 7 m e depois outro de cerca de 17 m. Também houve falha no registro de altura, de modo que alguns dados estão ausentes. Durante este experimento não foram encontradas nuvens, como no caso do dia 29 de abril. ALTITUDE MEDIDA EM 15/5/21 ALTITUDE(m) :49 7:5 7:51 7:52 7:53 7:54 7:55 7:57 8:2 8:21 8:22 8:23 8:24 8:26 8:27 8:28 8:32 8:33 8:35 8:36 TEMPO(h:min) FIGURA 4 - Gráfico da altura em função do tempo. A falta de dados de 7h 58min às 8h 2min e de 8h 28min às 8h 31min se devem a falhas técnicas com o GPS. A concentrações observadas enquanto a altura era menor do que 8 m, são sempre baixas, cerca de 15 cm -3, e muito próximas das condições observadas fora das regiões de convecção do voo anterior. Quando o avião voa em alturas superiores a 1 m a concentração é reduzida drasticamente para valores que ficam sempre abaixo de 3 cm -3. Isso sugere que a altura da camada limite nestes locais e estes horários deve ser bem abaixo do ponto onde o avião passava.

4 CONCETRAÇÃO MEDIDA EM 15/5/21 25 CONCENTRAÇÃO(1/cm3) :49 7:5 7:51 7:52 7:53 7:54 7:55 7:57 8:2 8:21 8:22 8:23 8:24 TEMPO(h:min) 8:26 8:27 8:28 8:32 8:33 8:35 8:36 FIGURA 5 - Gráfico da concentração em função do tempo. Os dados de 7h 58min às 8h 2min e de 8h 28min às 8h 31min foram retirados para comparar com os dados que se tem sobre a altitude. 4-CONCLUSÕES Neste trabalho descrevemos observações de dois vôos realizados sobre o litoral do estado do Ceará. Um dos voo foi realizado sob condições de céu parcialmente nublado, enquanto o outro em dia de céu limpo. Em geral os ambientes podem ser considerados bastantes limpos, uma vez que as concentrações estão sempre bem abaixo de 8 cm -3, o que é característico de regiões marítimas onde se espera encontrar baixas concentrações. Entretanto, nas proximidades de regiões de convecção, a concentração é bem mais elevada, podendo chegar a mais de 1 cm -3. Estas concentrações devem ser o resultado do transporte de material particulado das alturas mais baixas pelas nuvens. Percebe-se que a concentração de aerossóis medida durante o voo realizado no dia 29 de abril sobre o litoral leste é menor do que a concentração medida dia 15 de maio sobre o litoral oeste. Isso se deve, provavelmente, a presença da covecção observada.

5 REFERÊNCIAS ALBRECHT, A. B. Science 245: p ALMEIDA, G. P. & SANTOS, R. R. Modeling the relation between CCN and the vertical evolution of cloud drop size distribution in convective clouds with parcel model. Rev. Bras. Meteor., v.22, n.3, 27. p CHARLSON, J. R., e coautores. Science 255: p HOUGHTON, J. T. et al. Climate Change The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the IPCC. Cambridge University Press, 21.p KAUFMAN, Y. e coautores, J. Geophys. Res. 13: p KNOLLENBERG, R. G. The Optical Array: An Alternative to Scatter or Extinction for Airborne Particle Size Determination. Journal of Aplpied Meteorology, The National Center for Atmospheric Reseach, Bounder, Colo. V. 9. p RAES, F. et al., Tellus 52: p. RAMANATHAN, V. e Coautores, J. Geophys. Res. 21. p ROSENFELD, D.,. Geophys. Res. Lett., 26, p TWOMEY, S., J. Atmos. Sci., 34, 1977.p VEAL, D. L., et. al. Some Aspects of Aircraft Instrumentation for Storm research. Departament of Atmosferic Science, Universy of Wroming, Laramie. p. 1, 1978.