O planeta Terra está passando por uma mudança na composição da atmosfera, onde alterações na concentração de gases de efeito estufa e na quantidade de aerossóis estão alterando o balanço radiativo atmosférico global de modo significativo (IPCC 2007). É fortemente reconhecido que o papel das partículas de aerossóis é a maior incerteza no sistema climático global atual (Forster et al., 2007).
A região Amazônica está passando por importantes transformações no uso do solo e é uma região chave do ponto de vista das mudanças climáticas globais. Andreae et al. (2002) haviam proposto um forte link entre emissões biogênicas, especialmente emissões biogênicas primárias, e o ciclo hidrológico na Amazônia. De modo similar, o trabalho de Clayes et al., 2004, onde as emissões de compostos orgânicos voláteis emitidos pela floresta primária tem papel importante sobre a produção de núcleos de condensação de nuvens. O experimento LBA também demonstrou que partículas de aerossóis têm uma forte ligação com a assimilação de carbono em vasta área da bacia amazônica. É muito bem estabelecido que as partículas de aerossóis jogam um papel importante na biogeoquímica, clima e ciclo hidrológico na Amazônia (Artaxo et al., 2005). É criticamente importante reduzir a incerteza do impacto de partículas de aerossóis no clima, e a Amazônia é uma das regiões críticas para estudar estes efeitos por um grande número de razões. Em particular é importante identificar e quantificar os processos e fontes regulando as concentrações regionais de aerossóis para uma melhor quantificação de seus impactos. Os feedbacks entre clima e concentração de aerossóis só serão completamente entendidos quando revelarmos os fatores que controlam a concentração natural de aerossóis em regiões como a Amazônia.
Objetivos
- Estudar os efeitos climáticos das partículas de aerossóis e como as alterações no uso do solo influenciam as propriedades e a composição da atmosfera.
- Através do uso de medidas in situ e sensoriamento remoto analisar a variabilidade das propriedades ópticas de aerossóis em larga escala na Amazônia. Realizar a caracterização física de partículas de aerossóis biogênicos naturais;
- Determinar as alterações que o balanço de radiação atmosférico está sofrendo na região Amazônica e analisar seus efeitos sobre o ecossistema. Calcular a forçante radiativa de aerossóis na Amazônia durante as estações chuvosa e seca, com sua incerteza.
- Desenvolver ferramentas e métodos analíticos utilizando sensoriamento remoto para o estudo da distribuição espacial e temporal de aerossóis e de propriedades microfísicas de nuvens para a região amazônica.
- Quantificar os processos que controlam a forçante radiativa de aerossóis na região amazônica, bem como suas incertezas e realizar uma análise de sensibilidade dos principais parâmetros tais como propriedades de absorção e espalhamento, efeito de higroscopicidade e composição química das partículas, e capacidade de nucleação de nuvens.
- Obter a distribuição espacial dos núcleos de condensação de nuvens (CCN), integrando a distribuição de tamanho de partículas e utilizando a parametrização de Köhler. Avaliar os efeitos das propriedades físico- químicas dos aerossóis na distribuição de CCN e nas propriedades radiativas das nuvens.
- Modelar o transporte em larga escala das partículas de aerossóis e gases na atmosfera, especialmente as emissões de queimadas. Desenvolver parametrizações de processos visando incluí-los no modelo climático global do INPE.
Metodologia a ser empregada
- As partículas de aerossóis e as nuvens são componentes básicos no balanço energético terrestre, embora seu papel ainda esteja longe de ser compreendido. As principais fontes de partículas de aerossóis na Amazônia são: emissões primárias biogênicas da floresta, aerossóis secundários provenientes da oxidação de VOCs, poeira do solo, sal marinho, emissões de queimadas de florestas, dentre outros. As partículas orgânicas formadas a partir de precursores gasosos encontram-se majoritariamente na moda fina (dp<2μm), e podem constituir núcleos de condensação de nuvens através da agregação de vapor d’água. Por esse motivo, as propriedades ópticas e microfísica das nuvens da região amazônica são fortemente influenciadas por tais partículas. Consequentemente, o ciclo hidrológico e o balanço radiativo direto e indireto podem ser afetados por mudanças na população dos aerossóis atmosféricos biogênicos. As partículas de aerossóis interagem diretamente com a radiação solar incidente através do espalhamento e absorção, reduzindo o fluxo solar na superfície, diminuindo a temperatura na superfície. O espalhamento pode ser simples, quando a radiação incidente é desviada da direção original, ou múltiplo, quando a radiação é espalhada por outras partículas para a direção de interesse. Portanto o espalhamento pode aumentar ou diminuir a quantidade de radiação numa dada direção. A extinção ou atenuação da radiação é a soma do espalhamento simples e absorção. A teoria que trata da interação da radiação com partículas de diâmetro da mesma ordem de grandeza ou maiores que o comprimento de onda da radiação incidente, como no caso dos aerossóis em relação à radiação solar, é a teoria Mie. As características físicas do aerossol que definem como essas partículas interagem com a radiação são chamadas propriedades ópticas, dentre elas as mais importantes são a espessura óptica do aerossol, τa, o albedo de espalhamento simples, ωo, e o índice de refração complexo (n+ik).
- Um dos pontos mais fracos dos modelos de aerossóis é a determinação da variabilidade espacial e temporal de suas propriedades. Para descrever a forçante radiativa direta é necessário um maior conhecimento das distribuições espaciais da concentração de massa, da composição química e do tamanho, o grau de mistura das várias espécies químicas e o índice de refração complexo das partículas. Esta proposta também vai auxiliar na implementação do projeto ATTO (Amazon Tall Tower Observatory), uma colaboração entre o governo brasileiro e o alemão. Uma torre de 320 metros será construída a cerca de 120 Km ao Norte de Manaus, em área livre de impactos antropogênicos. Serão medidos a concentração dos gases de efeito estufa (tais como o metano, dióxido de carbono, óxido nitroso e outros), ozônio, monóxido de carbono, partículas de aerossóis, fluxos turbulentos e muitas outras propriedades atmosféricas. Serão estudados também o perfil vertical de aerossóis e seus efeitos nos mecanismos de formação e desenvolvimento de nuvens. Pretende-se que a torre ATTO seja um projeto de pesquisa de longo prazo, estudando a variabilidade das propriedades atmosféricas da Amazônia nas próximas décadas.
Metas e produtos esperados
- Pretendemos operar por 5 anos uma estação de monitoramento atmosférico em Manaus (área livre de impactos antropogênicos) e outra em Porto Velho, Rondônia em área impactada por emissões de queimadas. Devemos também implantar a torre ATTO a partir de 2012 ao Norte de Manaus. Realizaremos vários experimentos intensivos internacionais em parceria com a Universidade de Estocolmo, Suécia, Instituto Max Planck da Alemanha, NASA e Universidade de Harvard dos Estados Unidos.
- O principal produto deste subprojeto é o aumento do conhecimento científico sobre o funcionamento básico do ecossistema amazônico e como este funcionamento básico está sendo alterado pelas mudanças no uso do solo da Amazônia e pelas mudanças climáticas. Este subprojeto vai também agregar grupos de pesquisas em trabalhos interdisciplinares e colocar a integração do trabalho de grupos da USP em um novo patamar de colaboração científica.
