Modelagem da Distribuição Espacial e da Forçante Radiativa Direta das Partículas de Aerossóis de Queimadas na América do Sul

Transcrição

1 Modelagem da Distribuição Espacial e da Forçante Radiativa Direta das Partículas de Aerossóis de Queimadas na América do Sul Nilton Évora do Rosário (UNIFESP) Marcia Yamasoe(USP); Karla Longo (INPE); Saulo Freitas (INPE) 1

2 Base da apresentação Rosário et al. (2011) JGR Tese Rosário (2011) Rosário et al. (2013) ACP 2

3 introdução: balanço global de energia Efeito radiativo direto dos aerossóis: Absorção e espalhamento papel relevante no balanço de energia global e local ( IPCC, 2007) 3

4 introdução: problema teórico básico Resolver a equação da transferência radiativa DESAFIOS Qualidade dos dados de Entrada: Perfil óptico da atmosfera (Gases, Aerossóis e Nuvens) Acurácia da Representação numérica: Processos Físicos 4

5 introdução: problema teórico básico Exemplo de desafios 5

6 introdução: pluma regional de queimada Foco, pelo destaque no cenário da América do sul potencial de impacto associado ao ecossistema amazônico Jim McQuaid (SAMBBA, 2012) MODIS/NASA Componente critico na modelagem dos processos climáticos regionais, em particular os radiativos 6

7 Foco da presente apresentação modelagem da forçante radiativa direta da pluma de aerossóis de queimadas, 1. Resultados dos modelos Radiativos colunas na avaliação: Representação Processos radiativos versus Acurácia dos dados de entrada 2. Resultados e desafios da modelagem regional Modelos Referências: Radiativo Coluna: SBDART (Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer) Regional: CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry Aerosol-Tracer Transport model to THE BRAMS) 7

8 Medições: aerossóis de Queimadas AOD: Variabilidade interanual espacial Sensoriamento remoto do espaço (modis)? 8

9 Medições: aerossóis de Queimadas propriedades radiativas intrínsecas: Variabilidade Espacial (absorção e espalhamento preferencial) Cerrado (Cuiabá) Maior absorção, + maior variabilidade: Norte/ Nordeste Amazônia Maior contribuição relativa da moda grossa Desafio para os modelos Simulação exige Rosário (2012) Resolver adequadamente as Emissões e a química regional 9

10 aerossóis de Queimadas propriedades radiativas intrínsecas: Variabilidade Temporal (absorção: desvio da absorção climatologica) Dependência com a umidade Causa-efeito ou Coincidência? Rosário et al. (2011, JGR) 10

11 introdução Portanto, hoje temos acurados dados experimentais: das variáveis criticas para cálculo da forçante radiativa direta 1. profundidade óptica 2. albedo simples (absorção) 3. parâmetro de assimetria (espalhamento preferencial) testar a representação dos processos físicos a partir da : 1. Energia solar Global total 2. Partição direta/difusa (fotossíntese) 3. Distribuição espectral (Fotoquímica) (Quantidades radiativas importantes nos modelos climáticos atuais) 11

12 Modelo: transferência radiativa Coluna Irradiância Solar Total na superfície (Condições Naturais) Quantidade radiométrica básica em qualquer modelo climático 12

13 Modelo: transferência radiativa Coluna Diferença Observação Modelo (Condições Naturais) Cenários Atmosféricos (Úmido a Seco) Incerteza instrumental Rosário et al. (2010, AGU) 13

14 Modelo: transferência radiativa Coluna Diferença Observação Modelo (Poluído Queimadas) Cenários Atmosféricos (Úmido a Seco) Incerteza instrumental Rosário et al. (2011, JGR) Rosário et al., 2011 (JGR) 14

15 Modelo: transferência radiativa Coluna Diferença observação modelo Variabilidade sazonal Condição Natural Durante as Queimadas Rosário (2012) Modelo forçado com dados observados exceto propriedades radiativas intrínsecas dos aerossóis 15

16 Modelo: transferência radiativa Coluna Diferença observação modelo Prescrição completa das propriedades dos aerossóis Rosário (2012) 16

17 Modelo: transferência radiativa Coluna Atmosfera sem nuvens: resumo modelos coluna forçados com detalhados e acurados dados de aerossóis (AOD, 0,P COS ) simulam a energia solar total na superfície dentro da incerteza nominal dos piranômetros Sugere consistência no tratamento numérico da ETR garante estimativas acuradas da forçante radiativa direta dos aerossóis E quando não temos controle direto da prescrição das propriedades radiativas dos aerossóis? MODELOS CLIMÁTICOS 17

18 tamanho do desafio Alta variabilidade geográfica e temporal da abundância e das características dos aerossóis Emissão (i) Transporte (i) i - tipo Remoção (i) Microfísica (i) Química (i) Resultado de processos complexos alguns não bem entendidos P(x, y,z,t) Abundância Distribuição de tamanho Composição química (x,y, ) ; ωo(x,y,z, ); g(x,y,z, ) 18

19 Modelo Regional: CCATT-BRAMS Modelo de previsão de Qualidade do ar e de pesquisa Do INPE Freitas et al. (2010), Longo et al.(2013) s t s t adv s t PBL diff s t deep conv s t shallow conv s t chem W R Q 19

20 Modelo Regional: emissões Emissão das Partículas de aerossóis 20 Freitas et al., 2007; Longo et al. (2009)

21 Modelo Regional Prognosticar a Profundidade Óptica dos Aerossóis( ) Variável prognosticada - N o (x,y,z, t) principal no calculo da aod 21

22 Modelo regional: PROFUNDIDADE ÓPTICA MODELO X OBSERVAÇÃO(Rede AERONET) Rosário et al., 2013 Bom desempenho: Sul da Amazônia Desafios: Cerrado e Nordeste da Amazônia MODELO aerossol fino OBS aerossol fino +grosso MODELO aerossol fino OBS aerossol fino 22

23 Modelo regional:profundidade ÓPTICA MODELO X OBSERVAÇÃO(MODIS) (período: maiores divergências) Focos de queimadas que alimentam o modelo parte vem o MODIS Obs- MODIS Modelo 23

24 Modelo regional: ENERGIA SOLAR TOTAL Discrepâncias na Energia Solar total (obs-mod): relação com Erro na aod (obs mod) Condições Poluição Extrema Maior frequência de desvios significativos Intervalo de impacto a -180 Wm -2 24

25 Modelo regional: fatores críticos Aprimoramento emissão: Cerrado principal desafio Rosário et al.(2012) 25

26 Modelo regional: Impactos e Importância Importância do aprimoramento na modelagem da pluma regional Melhorar acurácia da Forçante Radiativa Direta Absorção Fixa Absorção variável espacialmente (Rosário, 2013, ACP) = 15 Wm

27 Modelo regional Importância do aprimoramento na modelagem da pluma regional Impactos na Temperatura da Superfície (Rosário et al. 2013, to be submitted) 27 27

28 Modelo regional Importância do aprimoramento na modelagem da pluma regional Impactos no fluxo de calor sensível (Rosário et al. 2013, to be submitted) 28 28

29 Modelo regional Importância do aprimoramento na modelagem da pluma regional Impactos no fluxo de calor latente (Rosário et al. 2013, to be submitted) 29 29

30 Modelo regional Importância do aprimoramento na modelagem da pluma regional Concentração dos Aerossóis Sensibilidade ao perfil dos aerossóis Aquecimento Radiativo aer Aquecimento Radiativo noaer Temperatura aer Temperatura noaer (Rosário, 2011) Cooling Heating 30

31 Perspectivas: Especiação química dos aerossóis visando o prognóstico das propriedades ópticas radiativas intrínsecas Redução da dependência da emissão com parametrizações a partir da estimativa de emissões via energia radiativa do fogo. 31

32 Fim Obrigado! 32

33 introdução evolução interanual do padrão de distribuição espacial dos focos de queimadas: qual a relação com a pluma? 33

34 Partículas: Monitoramento das propriedades AERONET: América do Sul Fonte: Rosário,

35 Heintzenberg et al., 2003 Partículas: Prescrição das propriedade Propriedades Microfísicas e Químicas Propriedades Ópticas Química (n +ik) Intensivas Eficiência de extinção (Q ext, ) : Q ext, = C ext, / r 2 Albedo simples ( o, ): fração não absorvida. o = Q esp, / Q ext, [0 1] Parâmetro de assimetria: distribuição preferencial dos fótons : g (P ) [-1 ; 1] Tamanho (dn/dr) Extensivas Profundidade óptica ( ): Teoria Mie 35

36 introdução 1. Modelos coluna off-line (Test-bed) 36