Figura 2: Domínios das três malhas utilizadas para o desenvolvimento do trabalho.

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1 Desenvolvimento de Simulações Numéricas para Detecção e Previsão do Transporte de Poluentes na Região Amazônica: Características da Simulação e Condições Sinóticas Andrea M. Ramos 1,2, Fábio C. Conde 1,2, Kleber R. P. Ataíde 1, Maria G. R. Oliveira 1, Wagner A. Bezerra 1, Ivanete M. D. Ledo 1, Edmundo W. M. Lucas 1, Luiz A. R. Santos 1, Danielle B. Ferreira 1, Mozar de A. Salvador 1 1. Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Eixo Monumental Sul. Via S1. Sudoeste, , Brasília, Distrito Federal - DF, Brasil. 2. Centro de Geofísica de Évora (CGE), Universidade de Évora, Évora, Portugal. ABSTRACT This study presents numeric simulation of synoptical conditions and the atmospheric transports of pollutants emitted by forest fires occurred over Amazonian region and characterize extreme weather conditions that determine a better or worse dispersion. The simulations were performed by the on-line 3-D transport model CATT-BRAMS (Coupled Aerosol and Tracer Transport to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System) that consists of a numerical model of transport of aerosols and atmospheric trace coupled to the Brazilian version of the RAMS model. The initial and lateral boundary conditions necessary to run RAMS were taken from the Aviation run of the National Center for Environmental Prediction Global Spectral Model (AVN/NCEP) during october 2009 and three nested grids with resolutions of 120, 30 and 10 km respectively were used. This first part will be presented a brief review of the CATT-BRAMS, followed by the simulation features, synoptic situation during in the period and description burns and the second part, the results for simulations to validate numerical modeling plume of smoke CO and PM 2,5. The results indicate that dismantlability in 2008/2009 was more concentrated in the state of Pará with 57% increase in participation by 43% over the period Synoptic conditions established during the period, Amazon was conditioned at high levels by a large anticyclone with characteristic of the Bolivian high. At 850 hpa showed a significant anomalous flow from the north affecting the south-central Para, indicating that the low level jet (LLJ) was shifted to the east of its climatological position, resulting in anomalous rainfall that occurred during October and showed weak surface negative pressure anomaly for the region of interest. Palavra-chave: condições sinóticas, desmatamento, CATT-BRAMS, Amazônia Legal. INTRODUÇÃO As emergentes e intensas alterações dos ecossistemas florestais nas últimas décadas, são um dos sérios problemas ambientais atualmente, uma vez que grandes extensões naturais foram gradativamente substituídas por pastagens artificiais além dos incêndios florestais que constituem um dos fatores que mais contribuem para a redução das florestas em todo o mundo. Há um consenso amplo na comunidade científica de que os seres humanos estão provocando mudanças no clima da terra. O aquecimento global, perdas das florestas temperadas e tropicais, desertificação e perda de biodiversidade são realidades atuais que contribuem para a alteração contínua da biosfera (Lyra, 2003). O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) concluiu o levantamento detalhado do desmatamento por corte raso para toda a Amazônia Legal no período de agosto/2008 a julho/2009. Medido pelo PRODES (Projeto de Monitoramento do Desflorestamento na Amazônia Legal), após a análise de 400 imagens dos satélites LANDSAT, CBERS e DMC, o desmatamento no período foi de km 2. Foram registradas reduções nas taxas de desmatamento de todas as Unidades Federativas da Amazônia Legal, sendo substanciais as reduções observadas no Mato Grosso ( -68%) e no Pará ( -24%), estados que juntos

2 contribuíram com cerca de 70% do desmatamento em toda a Amazônia Legal em 2008 e O Pará respondeu em por 57% do desmatamento na Amazônia Legal, aumentando sua participação de 43% em relação ao período No mesmo período, Mato Grosso reduziu sua participação no desmatamento total de 25% para 14%. O Maranhão em 2009 responde por 11% do desmatamento total, com ligeiro aumento em relação a 2008 quando sua participação foi de 10%. Rondônia manteve a tendência de queda desde 2004; em 2009 sua taxa foi menor que km 2 /ano pela primeira vez desde Os gráficos a seguir apresentam as variações anuais do desmatamento desde 1998 (Fig. a), e as taxas por estado na Amazônia Legal (Fig. 1b). Figura 1: Taxa de desmatamento anual da Amazónia (a) e a taxa por estado (b). Fonte: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Maiores informações: Este trabalho, visa desenvolver, mediante a modelagem numérica, a previsão dos campos de concentração e transporte de poluentes provenientes da queima de incêndios florestais ou em áreas do avanço da fronteira agrícola, em terreno de topografia variável, possibilitando o monitoramento da qualidade do ar associado com sistemas meteorológicos que ocorreram durante o período de 01 a 04 de Outubro de 2009, que corresponde o periodo mais critico desde mês, conforme o Boletim de Monitoramento de Focos de Calor do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA/MMA, Para analisar o transporte atmosférico e evolução da pluma de fumaça do monóxido de carbono (CO) e do material particulado (PM 2.5 ), além de estudar os padrões sinópticos associados para o início e a manutenção dos incêndios, será utilizado o modelo CATT-BRAMS (Coupled Aerosol and Tracers Transport model to the Brazilian Regional Atmospheric Modeling System). Nesta primeira parte será apresentado uma breve revisão do modelo, seguido das caracteristicas da simulação, a situação sinótica atuante durante o período e a descrição de incêndios e na segunda parte, os resultados referentes a validação das simulações para modelação numérica da pluma de fumaça do CO e do PM 2.5. MATERIAL E MÉTODOS CATT-BRAMS: O modelo atmosférico CATT-BRAMS (Coupled Aerosol and Tracers Transport model to the Brazilian Regional Atmospheric Modeling System) é um modelo 3D euleriano que prognostica a concentração de contaminantes atmosféricos de forma simultânea, e totalmente consistente com o estado atmosférico simulado pelo RAMS/BRAMS, possibilitando o estudo da interacção ou da retro-alimentação entre o contaminante e a própria atmosfera (como no caso dos aerossóis libertados em incêndios e do seu forçamento radiativo). BRAMS é baseado no Regional Atmospheric Modeling System (RAMS, Walko et al., 2000), versão 6, com novas funcionalidades e parametrizações especializadas para trópicos e sub-trópicos. O modelo é equipado com um esquema de aninhamento múltiplo que permite que as equações do modelo sejam solucionadas simultaneamente em qualquer número de grades computacionais com resoluções espaciais diferentes que interagem entre si, um complexo conjunto de módulos para simular processos como: transferência radiativa, troca de água, calor e momento entre a superfície e a atmosfera, transporte turbulento na camada limite planetária, e microfísica das nuvens. As condições iniciais podem ser definidas a partir de vários conjuntos de dados observacionais que podem ser combinados e processados com um pacote isentrópico e mesoescala de análise de dados. CATT-BRAMS explora a capacidade de

3 transporte de traçadores do BRAMS de usar espaços reservados para escalares. O transporte on-line do modelo segue a técnica euleriana, solucionando a equação de conservação de massa para monóxido de carbono (CO) e material particulado ( PM 2.5 ), em que a razão de mistura, s (=ρ/ρ air ), é calculada usando a equação de conservação de massa. Uma descrição pormenorizada das parametrizações e as novas funcionalidades podem ser encontradas em Freitas et al., 2000, 2005, 2006, 2007 e Longo et al., Dados e Características das Simulações: O modelo CATT-BRAMS é inicializado e ajustado com as análises do modelo global AVN/NCEP (Aviation run of the National Center for Environmental Prediction Global Spectral Model) com resolução de aproximadamente 1,25 x 1,25. Os campos analisados incluem geopotencial, temperatura, vento (u,v) e umidade relativa em 11 níveis isobáricos e a pressão à superfície, com intervalo temporal de cada 6 horas (00:00, 06:00, 12:00 e 18:00UTC). O modelo foi configurado com 3 grades com resolução horizontal de 120, 30 e 10 km, centradas em 01º26 S; 48º26 W (Fig. 2), sendo que a 3 grade, de maior resolução, cobre o estado do Pará, no qual será analisado com maior detalhe a concentração e transporte dos poluentes. A resolução vertical a 150 m acima da superficie, se extendendo a uma taxa de 1.1 até a resolução final de 850 m, com o topo do modelo a aproximadamente 21 km. As simulações foram feitas a partir das 00:00 UTC no dia 01/10/2009 por um prazo de 124 horas e saídas a cada 6 horas. O tipo de vegetação queimada é obtido do mapa de vegetação de 1km do IGBP-INPE (International Geosphere-Biosphere- Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). A emissão da fonte de queima de biomassa é baseada nos produtos de fogo GOES-12 WF_ABBA (Prins et al., (1998), GOES-12, AVHRR, nas observações de foco de incêndio do MODIS pelo CPTEC-INPE e em observações de campo. As fontes são distribuídas espacialmente e temporalmente e assimiladas diariamente segundo os focos de queima de biomassa definidos pelas observações de satélite. As emissões de queima de biomassa são adicionadas às emissões de queimada agrícola e queima de lenha EDGAR com resolução horizontal de 1 x1 e resolução temporal de um ano. As emissões de CO associadas aos processos antropogênicos (industria, geração de eletricidade, transporte, ect.) são fornecidas pelas bases de dados EDGAR/RETRO, enquanto que para emissões de incêndios, segue o procedimento descrito em Freitas (1999), combinando a assimilação de produto de detecção de focos de calor com dados observados de emissão por combustão de biomassa. A umidade do solo foi inicializada com base no método de índice de precipitação antecedente (Gevaerd e Freitas, 2006). Figura 2: Domínios das três malhas utilizadas para o desenvolvimento do trabalho. RESULTADOS E DISCUSSÕES A análise das condições de grade escala na atmosfera e nos oceanos que será descrita estão baseadas no Boletim Climático da Amazônia disponibilizada pelo Sistema de Proteção da Amazônia (SIPAM) e Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) para o mês de Outubro de Na fig. 3 é observado no oceano Pacífico, uma predominância de anomalias positivas da Temperatura da Superfície do Mar (TSM), notadamente, nas regiões de Niño 3, 3.4 e 4, foram registradas anomalias positivas entre 1,5 e 2 C na região do Niño 4. No oceano Atlântico, na porção norte e na costa leste do Brasil foram encontradas anomalias positivas, enquanto na faixa equatorial a TSM apresentou-se dentro dos padrões normais, favorencendo o deslocamento da ZCIT para posições ao norte de sua climatologia

4 As chuvas tornaram-se mais escassas para este período em decorrência do desenvolvimento do El Niño. No nível de 200 hpa, observa-se um fluxo praticamente zonal dentro dos padrões climatológicos, sem anomalias significativas (Fig. 4a) e um amplo anticiclone sobre centro-sudeste do Amazonas e centro-oeste do Pará, com características da Alta da Bolívia, porém posicionada mais ao norte em relação a sua posição climatológica. Na porção norte, principalmente, no Pará, os movimentos permaneceram subsidentes de grande escala resultando em uma diminuição das chuvas na região. Figura 3: Anomalias de TSM em outubro de Retângulos no Pacífico representam áreas de Niño 1+2 (vermelho), Niño 3 (verde), 3.4 (vermelho tracejado) e Niño 4 (azul). Fonte: SIPAM. Para o perido de 01-15/10/2009, em 250 hpa, mostra o anticiclone da Alta da Bolívia bem configurado a oeste da sua posição climatologica (Fig. 4 (b)). Na análise do campo mensal de altura geopotencial em 500 hpa verificou-se ao norte do paralelo 20 S uma ampla área com anomalias positivas de altura geopotencial de fraca intensidade. A análise mensal da circulação atmosférica em 850 hpa (Fig. 5) mostra um significativo fluxo anômalo do norte, representado através do campo anômalo da componente meridional do vento, afetando o centro-sul do Para, indicando que o Jato de Baixos Nivéis (JBN) ficou deslocado a leste da sua posição climatológica, resultando em chuvas anômalas que ocorreram durante outubro. Em superfície (Fig. 6), notam-se os anticiclones subtropicais semi-permanentes aproximadamente na sua posição climatológica, com fraca anomalia ao norte do paralelo 20 S e ao sul do paralelo 40ºS, ao longo de todo o mês, anomalias negativas de pressão, característica similar à encontrada no campo de 500 hpa. (a) (b) Figura 4: (a) Climatologia (esquerda) e circulação média (direita) em 200 hpa. (b) Linha de Corrente e anomalia da componente zonal do vento em 250 hpa, para outubro de Fonte: CPTEC/INPE e SIPAM. Figura 5: Linha de corrente e anomalia de vento meridional em 850hPa para outubro de Figura 6: Pressão ao Nível médio do Mar (PNM) e anomalia em superfície para outubro de Descrição dos focos de calor que ocorreram em outubro de 2009 na Amazônia Legal. Segundo Boletim de Monitoramento de Focos de Calor do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA/MMA, de 02 a 04 de Outubro de 2009, as imagens do satélite NOAA-15 (passagem noturna) recobriram a Amazônia Legal. De 03 à 05 de Outubro de 2009, as imagens dos satélites TERRA e AQUA (passagem da madrugada) recobriram a Amazônia Legal. Foram detectados focos de calor (Fig. 6) nos estados do Amazonas, Amapá, Maranhão, Mato Grosso, Pará, Rondônia e Tocantins. Em relação ao estado do Pará, que será abordado na segunda parte a previsão da concentração do poluente, os focos de calor foram detectados em diversos locais do estado durante o período do evento, sendo que o dia 03/10/2009 registrou a maior quantidade de focos de

5 queima, no total de 339, como pode ser observado na figura 7 (em azul) que apresenta a ocorrências de focos durante 01 a 05 de Outubro de 2009, atingindo diversos municipios do estado no total de 62 que foram detectados pelos satélites NOAA-15 (passagem noturna), com números de focos de calor detectados pelos astélites NOAA-15, 1 foco detectado pelo AQUA-M e 13 pelo TERRA-M, como pode ser observado na tabela 1, de acordo com o Boletim do IBAMA. Figura 6: Foco detectados pelo satélite NOAA-15 na Amazônia Legal de 02 à 04/10/2009. Fonte: INPE,IBGE. Figura 7: Ocorrência de focos de queima para o periodo de 01 a 05 de Outubro de Fonte: SEPIS/CAPRE/CGAINMET. Tabela 1: Número de focos de calor detectados pelos satélites NOAA-15, AQUA-M, TERRA-M durante o período de 02 a 04/10/2009. Satélite N de focos Data NOAA /10/2009 NOAA /10/2009 NOAA /10/2009 AQUA-M 1 03/10/2009 TERRA-M 13 03/10/2009 AQUA-M 5 04/10/2009 TERRA-M 13 04/10/2009 CONCLUSÕES Uma queda substancial e consistente do desmatamento vem sendo verificada desde 2004, quando foi criado pelo governo federal o Plano para Prevenção e Controle do Desmatamento na Amazônia (PPCDAM). Entretanto, o desmantamento continua, no total de km 2 em 2008/2009 e o Pará respondeu por 57% desde desmatamento, aumento sua participação em 43% em relação ao período de Nesta primeira parte do trabalho, foram feitas coletas das condições sinóticas e a descrição dos focos de queima para caracterizar o ambiente atmosférico em outubro de 2009, assim como as caracterisitca da simulação utilizando o CATT-BRAMS e desta forma, analisar a previsão e o transporte de poluentes que será apresentado na segunda parte. Os resultados indicam que as condições sinoticas estabelecidas durante o periodo, na Amazônia, foi condicionada em altos niveis por um amplo anticiclone com característica da Alta da Bolívia. Em 850 hpa apresentou um significativo fluxo anômalo do norte afetando o centro-sul do Para, indicando que o Jato de Baixos Nivéis (JBN ) ficou deslocado a leste da sua posição climatológica, resultando em chuvas anômalas que ocorreram durante outubro e em superfície mostrou fraca anomalia negativa da pressão para a região de interesse.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FREITAS, S. R., K. LONGO, M. SILVA DIAS, P. SILVA DIAS, R. CHATFIELD, E. PRINS, P. ARTAXO, G. GRELL y F. RECUERO. Monitoring the transport of biomass burning emissions in South America. Environmental Fluid Mechanics, DOI: /s , 5 (1-2), p , FREITAS, S. R., LONGO, K. M., ANDREAE, M. O.: Impact of including the plume rise of vegetation fires in numerical simulations of associated atmospheric pollutants, Geophys. Res. Lett., 33, L17808, doi: /2006gl026608, FREITAS, S. R., K. LONGO, M. DIAS, R. CHATFIED, P. DIAS, P. ARTAXO, M. ANDREAE, G. GRELL, L. RODRIGUES, A. FAZENDA, J. PANETTA.: The Coupled Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (CATT-BRAMS). Part 1: Model description and evaluation. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 7., , GEVAERD, R. y Freitas, S. R.: Estimativa operacional da umidade do solo para inicialização de modelos de previsão numérica da atmosfera. Parte I: Descrição da metodologia e validação, Revista Brasileira de Meteorologia, 21, 3, 1-15, LONGO, K. M., S. R. FREITAS, SILVA DIAS, M.A.F, P. SILVA DIAS. Numerical modeling developments towards a system suitable to a real time air quality forecast and climate changes studies in South America. Newsletter of the International Global Atmospheric Chemistry Project, Taiwan, v. 33, p , LONGO K.M, S. R. FREITAS, A. SETZER, E. PRINS, P.ARTAXO, M. ANDREAE. The Coupled Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (CATT -BRAMS). Part 2: Model sensitivity to the biomass burning inventories. Atmos. Chem. Phys. Discuss., , LYRA, M.C. Fogo e Mudanças Ambientais: Uma Síntese de Treze Anos de Colaboração entre o Serviço Florestal do USDA (Departamento de Agricultura dos EUA) e o Governo Brasileiro, pp. 36, Junho PRINS, E. M., FELZ, J. M., MENZEL, W. P., WARD, D. E. An overview of GOES-8 diurnal fire and smoke results for SCAR-B and 1995 fire season in South America. Journal of Geophysical Research, v. 103 n. D24. p. 31,821-31,825, December 27, WALKO, R.L., TREMBACK, C.J. Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) version 4.3/4.4 Model Input Namelist Parameters, In