VARIABILIDADE ESPAÇO-TEMPORAL DA PROFUNDIDADE ÓTICA DE AEROSSÓIS EM REGIÕES DE CERRADO E PANTANAL NA REGIÃO CENTRAL DO BRASIL

Autores

  • Rafael da Silva Palácios rafael.pgfa@gmail.com
    Universidade Federal do Mato Grosso
  • Fernando da Silva Sallo fdss88@gmail.com
    Universidade Federal do Mato Grosso
  • João Basso Marques jbassofisico@gmail.com
    Universidade Federal do Mato Grosso
  • Anna Carolinna Albino Santos anna.annilorac@gmail.com
    Universidade Federal do Mato Grosso
  • Jorge Almeida Menezes jorgejamjam@gmail.com
    Universidade Federal do Amazônas
  • Marcelo Sacardi Biudes marcelo.biudes@gmail.com
    Universidade Federal do Mato Grosso
  • José de Souza Nogueira nogueira@ufmt.br
    Universidade Federal do Mato Grosso

DOI:

10.31413/nativa.v6i1.5153

Resumo

As análises das propriedades óticas dos aerossóis atmosféricos auxiliam no entendimento dos efeitos diretos e indiretos dessas partículas nos fluxos de energia do sistema Terra-atmosfera. Este estudo avalia a variação espaço-temporal dos valores de Profundidade Ótica de Aerossóis (AOD) sobre uma região no centro-oeste do Brasil, utilizando produtos de sensoriamento remoto (MYD08_D3.051, C005 versão 5.1, de nível 3 do MODIS), de 2010 a 2013. A análise temporal evidenciou variações sazonais da AOD 550 nm, justificadas pela ocorrência de inúmeros registros de queima de biomassa em todo o Brasil, contexto no qual se destaca o ano de 2010, cujos valores de AOD 550 nm atingiram os máximos de todo o período analisado. Com relação à variação espacial, os maiores valores de AOD 550 nm foram obtidos sobre uma região sazonalmente alagada, o Pantanal mato-grossense, que, em comparação com a Savana, região conhecida localmente como Cerrado, praticamente não apresenta registros de queimadas na estação seca. Foi aplicado o modelo de trajetória HYSPLIT para explicar as possíveis contribuições externas. Foram encontradas evidências de que a região do Pantanal é fortemente influenciada por movimentações de ar vindas do sudeste e norte do Brasil, justamente regiões com altos índices de queima de biomassa na estação seca.

Palavra-chave: focos de queimadas, propriedades óticas de aerossóis, HYSPLIT.

 

SPATIOTEMPORAL VARIABILITY OF THE OPTICAL DEPTH OF AEROSOLS IN AREAS OF THE SAVANNAH AND OF THE PANTANAL IN THE CENTRAL REGION OF BRAZIL

 

ABSTRACT:

The analyses of the optical properties of atmospheric aerosols assist in the understanding of the direct and indirect effects of these particles in the Earth-atmosphere energy system flows. This study evaluates the spatial and temporal variation of the values of the Aerosol Optical Depth (AOD) in a region in the midwest of Brazil using remote sensing products (MYD08_D3.051, C005 version 5.1, Level 3 of MODIS), between 2010 and 2013. The temporal analysis showed seasonal variations of the AOD 550 nm, that are justified by the occurrence of numerous records of biomass burning all over Brazil, especially in the year of 2010, whose AOD values reached a peak in the analyzed period. Regarding the spatial variation, the highest AOD 550 nm values were obtained in a seasonally flooded region, the Pantanal in the state of Mato Grosso, which, compared to the Savannah, presents nearly no records of fires during the dry season. The HYSPLIT trajectory model was used to explain the possible external contributions. Evidences was found that the Pantanal region is highly influenced by air movements originated from the southeast and north of Brazil were found - these are precisely regions with high levels of biomass burning during the dry season.

Keywords: biomass burning, optical properties of aerosols, HYSPLIT.

Referências

ALAM, K.; IQBAL, M. J.; BLASCHKE, T.; QURESHI, S.; KHAN, G. Monitoring spatio-temporal variations in aerosols and aerosol-cloud interactions over Pakistan using MODIS data. Advances in Space Research, v. 46, p. 1162-1176, 2010.

ALAM, K.; QURESHI, S.; BLASCHKE, T. Monitoring spatio-temporal aerosol patterns over Pakistan based on MODIS, TOMS end MISR satellite data and a HYSPLIT model. Atmospheric Environment, v. 45, p. 4641-4651, 2011a, doi: 10.1016/j.atmosenv.2011.05.055.

ALAM, K.; TRAUTMANN, T.; BLASCHKE, T. Aerosol optical properties and radiative forcing over mega-city Karachi. Atmospheric Researsh, v. 101, p. 773-782, 2011b. doi: 10.1016/j.atmosres.2011.05.007.

ARTAXO, P.; OLIVEIRA, P. H.; LARA, L. L.; PAULIQUEVIS, T. M.; RIZZO, L. V.; PIRES JUNIOR, C.; PAIXÃO, M. A.; LONGO, K. M.; FREITAS, S.; CORREIA, A. L. Efeitos climáticos de partículas de aerossóis biogênicos e emitidos em queimadas na Amazônia. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 21, p. 167-189, 2006.

ARTAXO, P.; RIZZO, L. V.; BRITO, J. F.; BARBOSA, H. M. J.; ARANA, A.; SENA, E. T.; CIRINO, G. G.; BASTOS, W.; MARTIN, S. T.; ANDREAE, M. O. Atmospheric aerossol in Amazonia and land use change: from natural biogenic to biomass burning conditions. Faraday Discussions, v. 13, p. 203-235, 2013, doi: 10.1039/c3fd00052d.

BALAKRISHNAIAH, G.; KUMAR, K. R.; KUMAR, R. B. S. K.; GOPAL, K. R.; REDDY, R. R.; REDDY, L. S. S.; AHAMMED, Y. N.; NARASIMHULU, K.; MOORTHY, K. K.; BABU, S. S. Analysis of optical properties of atmospheric aerosols inferred from spectral AODs and Ångström wavelength exponent. Atmospheric Environment, v. 45, p. 1275-1285, 2011, doi: 10.1016/j.atmosenv.2010.12.002.

BENNOUNA, Y. S.; CACHORRO, V. E.; TORRES, B.; TOLEDANO, C.; BERJON, A.; DE FRUTOS, A. M.; COPPEL, I. A. F. Atmospheric turbidity determined by the annual cycle of the aerosol optical depth over north-center Spain from ground (AERONET) and satellite (MODIS). Atmospheric Environment, v. 67, p. 352-364, 2013. doi: 10.1016/j.atmosenv.2012.10.065.

BIBI, H.; ALAM, K.; CHISHTIE, F.; BIBI S.; SHAHID, T. B. Intercompartion of MODIS, MISR, OMI and CALIPSO aerossol optical depth retrievals for four locations on the Indo-Grangetic plains and validation AERONET data. Atmospheric Environment, v. 111, p. 113-126, 2015, doi: 10.1016/j.atmosenv.2015.04.013.

BIUDES, M. S.; VOURLITIS, G. L.; MACHADO, N. G.; ARRUDA, P. H. Z.; NEVES, G. A. R.; LOBO, F. A.; NEALE, C. M. U.; NOGUEIRA, J. S. Patterns of energy exchange for tropical ecosystems across a climate gradient in Mato Grosso, Brazil. Agricultural and Forest Meteorology, v. 202, p. 112-124, 2015 doi: 10.1016/j.agrformet.2014.12.008.

BRITO, J.; RIZZO, L. V.; MORGAN, W. T.; COE, H.; JOHNSON, B.; HAYWOOD, J.; LONGO, K.; FREITAS, S.; ANDREAE, M. O.; ARTAXO, P. Ground-based aerosol characterization during the South America Biomass Burning Analysis (SAMBRA) field experiment. Atmospheric Chemistry and Physics, v. 14, p. 12069-12083, 2014, doi: 10.5194/acp-14-12069-2014.

CHENG, T.; CHEN, H.; GU, X.; YU, T.; GUO, J.; GUO, H. The inter-comparison of MODIS, MISR and GOCART aerosol products against AERONET data over China. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, v. 113, p. 2135-2145, 2012, doi: 10.1016/j.jqsrt.2012.06.016.

CIRINO, G. G.; SOUZA, R. A. F.; ADAMS, D. K.; ARTAXO, P. The effect of atmospheric aerosol particles and clouds on net ecosystem exchange in the Amazon. Atmospheric Chemistry and Physics, v. 14, p. 6523-6543, 2014, doi: 10.5194/acp-14-6523-2014.

CURADO, L. F. A.; NOGUEIRA, J. S.; SANCHES, L.; BIUDES, M. S.; RODRIGUES, T. R. Interannual Variability of Energy flux in Atmospheric Instability Conditions at Pantanal of Mato Grosso – Brazil. Atmospheric and Climate Sciences, v. 2, p. 518-524, 2012, doi: 10.4236/acs.2012.24046.

DRAXLER, R. R.; ROLPH, G. D. HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) Model Access via the NOAA ARL READY Website. NOAA Air Resour. Lab., Silver Spring, 2013. Md. Available at: http://www.arl.noaa.gov/ready/hysplit4.html.

GIAMBELLUCA, T. W.; SCHOLZ, F. G.; BUCCI, S. J.; MEINZER, F. C.; GOLDSTEIN, G.; HOFFMANN, W. A.; FRANCO, A. C.; BUCHERT, M. P. Evapotranspiration and energy balance of Brazilian savannas with contrasting tree density. Agricultural and Forest Meteorology, v. 149, p. 1365-1376, 2009, doi: 10.1016/j.agrformet.2009.03.006.

HOLBEN, B. N.; ECK, T. F.; SLUTSKER, I.; TANRÉ, D.; BUIS, J. P.; SETZER, A.; VERMOTE, E.; REAGAN, J. A.; KAUFMAN, Y. J.; NAKAJIMA, T.; LAVENU, F.; JANKOWIAK, I.; SMIRNOV A. AERONET – a federated instrument network and data archive for aerosol characterization. Remote Sensing of the Environment, v. 66, p. 1-16, 1998, doi: 10.1016/S0034-4257(98)00031-5.

INPE, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Portal do Monitoramento de Queimadas e Incêndios. Disponível em http://www.inpe.br/queimadas, 2012 Acesso em: 29/03/2015.

IPCC, Climate Change. The physical science basis. 996. In: SOLOMON, S.; QIN, D.; MANNING, M.; CHEN, Z.; MARQUIS, M.; AVERYT, K.B.; TIGNOR, M.; MILLER, H.L. (Eds.), Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2007.

KAUFMAN, Y. J.; TANRÉ, D.; REMER, L. A.; VERMOTE, E. F.; CHU, A.; HOLBEN, B. N. Operational remote sensing of tropospheric aerosol over land from EOS moderate resolution imaging spectroradiometer. Journal of Geophysical Research, v. 102, p. 17051-17067, 1997, doi: 10.1029/96JD03988.

KOUKOULI, M. E.; KAZADZIS, S.; AMIRIDIS, V.; ICHOCU, C.; BALIS, D. S.; BAIS, A. F. Signs of a negative trend in the MODIS aerosol optical depth over the Southern Balkans. Atmospheric Environment, v. 44, p. 1219-1228, 2010, doi: 10.1016/j.atmosenv.2009.11.024.

KUMAR, A. Long term (2003-2012) spatio-temporal MODIS (Terra/Aqua level 3) derived climatic variations of aerosol optical depth and cloud properties over a semi arid urban tropical region of Northern India. Atmospheric Environment, v. 83, p. 291-300, 2014, doi: 10.1016/j.atmosenv.2013.10.030

KUMAR, K. R.; SIVAKUMAR, V.; YIN, Y.; REDDY, R. R.; KANG, N.; DIAO, A. J. A.; YU, X. Long-term (2003-2013) climatological trends and variations in aerosol optical parameters from MODIS over three stations in South Africa. Atmospheric Environment, v. 95, p. 400-408, 2014, doi: 10.1016/j.atmosenv.2014.07.001.

LONGO, K. M.; THOMPSON, A. M.; KIRCHHOFF, V. W. J. H.; REMER, L. A.; FREITAS, S. R.; SILVA DIAS, M. A. F.; ARTAXO, P.; HART, W.; SPINHIRNE, J. D.; YAMASOE, M.A. Correlation between smoke and tropospheric ozone concentration in Cuiabá during Smoke, Clouds, and Radiation-Brazil (SCAR). Journal of Geophysical Research, v. 104, p. 12113-12129, 1999, doi: 10.1029/1999JD900044.

MAO, K. B.; MA, Y.; XIA, L.; CHEN, W. Y.; SHEN, X. Y.; HE, T. J.; XU, T. R. Global aerosol change in the last decade: An analysis based on MODIS data. Atmospheric Environment, v. 94, p. 680-686, 2014, doi: 10.1016/j.atmosenv.2014.04.053.

MURTHY, B. S.; LATHA, R.; KUMAR, M.; MAHANTI, N. C. Effect of aerosols on evapo-transpiration. Atmospheric Environment, v. 89, p. 109-118, 2014, doi: 10.1016/j.atmosenv.2014.02.029.

NIYOGI, D. V.; RAMAN, S.; ALAPATY, K. Uncertainty in the specification of surface characteristics, Part II: Hierarchy of interaction-explicit statistical analysis. Boundary Layer Meteorol, v. 91, p. 341-366, 1999.

NOBRE, C. A.; MATTOS, L. F.; DERECZYNSKI, C. P.; TARASOVA, T. A.; TROSNIKOV, I. V. Overview of atmospheric conditions during the Smoke, Clouds, and Radiation-Brazil (SCAR-B) field experiment. Journal of Geophysical Research, v. 103, p. 31809-31820, 1998, doi: 10.1029/98JD00992.

OLIVEIRA, R. S.; BEZERRA, L.; DAVIDSON, E. A.; PINTO, F.; KLIK, C. A.; NEPSTAD, D. C.; MOREIRA, A. Deep root function in soil water dynamics in cerrado savanas of central Brazil. Functional Ecology, v. 19, p. 574-581, 2005, doi: 10.1111/j.1365-2435.2005.01003.x.

PACIFICO, F.; FOLBERT, G. A.; SITCH, S.; HAYWOOD, J. M.; RIZZO, L. V.; MALAVELLE, F. F.; ARTAXO, P. Biomass burning related ozone damage on vegetation over the Amazon forest: a model sensitivity study. Atmospheric Chemistry and Physics, v. 15, p. 2791-2804, 2015, doi: 10.5194/acp-15-2791-2015.

PALÁCIOS, R. S.; SALLO, F. S.; MARQUES, J. B.; MENEZES, J. A.; NOGUEIRA, J. S. Variabilidade da profundidade ótica de aerossóis atmosféricos sobre o Pantanal brasileiro. Revista Brasileira de Climatologia, v. 18, p. 27-37, 2016, doi: 10.5380/abclima.v18i0.44340.

REMER, L. A.; KAUFMAN, Y. J.; TANRÉ, D.; MATTOO, S.; CHU, D. A.; MARTINS, J. V.; LI, R. R.; ICHOKU, C.; LEVY, R. C.; KLEIDMAN, R. G.; ECK, T. F.; VERMOTE, E.; HOLBEN, B. N. The MODIS Aerosol Algorithm, Products, and Validation. Journal of the Atmospheric Sciences, v. 62, p. 847-973, 2005, doi: 10.1175/JAS3385.1.

REMER, L. A.; KLEIDMAN, R. G.; LEVY, R. C.; KAUFMAN, Y. J.; TANRÉ, D.; MATTOO, S.; MARTINS, J. V.; ICHOKU, C.; KOREN, I.; YU H.; HOLBEN, B. N. Global aerosol climatology from the MODIS satellite sensors. Journal of Geophysical Research, v. 113, p. D14S07, 2008, doi: 10.1029/2007JD009661.

RIZZO, L. V.; ARTAXO, P.; MÜLLER, T.; WIEDENSOHLER, A.; PAIXÃO, M.; CIRINO, G. G.; ARANA, A.; SWIETLICKI, E.; ROLDIN, P.; FORS, E. O.; WIEDEMANN, K. T.; LEAL, L. S. M.; KULMALA, M. Long term measurements of aerosol optical properties at a primary forest site in Amazonia. Atmospheric Chemistry and Physics, v. 13, p. 2391-2413, 2013, doi: 10.5194/acp-13-2391-2013.

RODRIGUES, T. R.; DE PAULO, S. R.; NOVAIS, J. W. Z.; CURADO, L. F. A.; NOGUEIRA, J. S.; OLIVEIRA, R. G.; LOBO, F. A.; VOURLITIS, G. L. Temporal Patterns of Energy Balance for Brazilian Tropical Savanna under Contrasting Seasonal Conditions. Journal of Atmospheric Sciences, v. 2013, p. 1-9, 2013, doi: 10.1155/2013/326010.

RODRIGUES, T. R.; VOURLITIS, G. L.; LOBO, F. A.; OLIVEIRA, R. G.; NOGUEIRA, J. S. Seasonal variation in energy balance and canopy condutance for a tropical savana ecosystem of South central Mato Grosso, Brazil. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, v. 119, p. 1-13, 2014, doi: 10.1002/2013JG002472.

SENA, E. T.; ARTAXO, P. A novel methodology using MODIS and CERES for assessing the daily radiative forcing of smoke aerosols in lange scale over the Amazonia. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, v. 14, p. 31515-31550, 2014, doi: 10.5194/acpd-14-31515-2014.

SENA, E. T.; ARTAXO, P.; CORREIA, A. L. Spatial variability of the direct radiative forcing of biomass burning aerosol and the effects of land use change in Amazonia. Atmospheric Chemistry and Physics, v. 13, p. 1261-1275, 2013, doi: 10.5194/acp-13-1261-2013.

SMIRNOV, A.; HOLBEN, B. N.; ECK, T. F.; DUBOVIK, O.; SLUTSKER, I. Cloud screening and quality con- trol algorithms for the AERONET data base. Remote Sensing of the Environment, v. 73, p. 337-349, 2000, doi: 10.1016/S0034-4257(00)00109-7.

TANRÉ, D.; KAUFMAN, Y. J.; HERMAN, M.; MATTOO S. Remote sensing of aerosol properties over oceans using the MODIS/EOS spectral radiances. Journal of Geophysical Research, v. 102, p. 16971-16988, 1997, doi: 10.1029/96JD03437.

VIEIRA-FILHO, M. S.; PEDROTTI, J. J.; FORNARO, A. Contribution of long and mid-range transporto n the sodium and potassium concentrations in Rainwater samples, São Paulo megacity, Brazil. Atmospheric Environment, v. 79, p. 299-307, 2013 doi: 10.1016/j.atmosenv.2013.05.047.

WANG, L.; WANG, Y.; XIN, J.; LI, Z.; WAN, X. Assessment and comparison of three years of Terra and Aqua MODIS Aerosol Optical Depth Retrieval (C005) in Chinese terrestrial regions. Atmospheric Research, v. 97, p. 229-240, 2010, doi: 10.1016/j.atmosres.2010.04.004.

WRIGHT, M. E.; ATKINSON, D. B.; ZIEMBA, L.; GRIFFIN, R.; HIRANUMA, N.; BROOKS, S.; LEFER, B.; FLYNN, J.; PERNA, R.; RAPPENGLÜCK, B.; LUKE, W.; KELLEY P. Extensive aerosol optical properties and aerosol mass related measurements during TRAMP/TexAQS 2006 – Implications for PM compliance and planning. Atmosphere Environment, v. 44, p. 4035-4044, 2010, doi: 10.1016/j.atmosenv.2008.12.055.

ZHANG, Z.; WENIG, M.; ZHOU, W.; DIEHL, T.; CHAN, K.; WANG, L. The contribution of different aerosol sources to the Aerosol Optical Depth in Hong Kong. Atmospheric Environment, v. 83, p. 145-154, 2014, doi: 10.1016/j.atmosenv.2013.10.047.

Downloads

Publicado

2018-02-28

Como Citar

Palácios, R. da S., Sallo, F. da S., Marques, J. B., Santos, A. C. A., Menezes, J. A., Biudes, M. S., & Nogueira, J. de S. (2018). VARIABILIDADE ESPAÇO-TEMPORAL DA PROFUNDIDADE ÓTICA DE AEROSSÓIS EM REGIÕES DE CERRADO E PANTANAL NA REGIÃO CENTRAL DO BRASIL. Nativa, 6(1), 56–65. https://doi.org/10.31413/nativa.v6i1.5153

Edição

Seção

Ciências Ambientais / Environmental Sciences

Artigos mais lidos pelo mesmo(s) autor(es)