Albedo of an Amazon tropical rainforest: field measurements, remote sensing, modeling, and its influence on the regional climate

O albedo é definido como a razão entre a radiação solar refletida e a radiação solar incidente em uma superfície. É o principal fator que afeta o balanço de radiação terrestre e tem sido freqüentemente considerado em estudos do clima global e regional. A Amazônia é uma das regiões do planeta onde a resposta da circulação atmosférica regional a mudanças do albedo superficial é mais intensa. Estudos de simulação utilizando diversos modelos mostram que a conversão da floresta tropical em pastagem causa uma redução na precipitação local, a qual é principalmente dependente da mudança no albedo da superfície. O presente trabalho tem como objetivos investigar as fontes de variação espacial e temporal do albedo de uma floresta tropical amazônica, usando medições de campo, modelagem e produtos de sensoriamento remoto; e investigar o papel da mudança do albedo da superfície, após o desmatamento Amazônico, no clima regional. Neste trabalho foram utilizados dados de albedo observados em quatro áreas florestais (Reservas Florestais de Caxiuanã, Cuieiras, Ducke e Jaru) e duas pastagens (Dimona e Nossa Senhora Aparecida) pertencentes aos Projetos LBA (Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia) e ABRACOS (Estudos de Observação do Clima na Amazônia Anglo-Brasileira). Também foram utilizados seis produtos de sensoriamento remoto: CG99, ERBE, SRB/ISLSCP2, UMD e MODIS céu-claro e MODIS céu-escuro. Para a simulação do albedo em floresta tropical amazônica foi utilizado o modelo IBIS (Integrated Biosphere Simulator) em duas versões: pontual e acoplado ao modelo climático CCM3. Os resultados deste trabalho mostram que: as principais fontes de variação do albedo em escala horária e mensal são a cobertura vegetal e transmissividade atmosférica, e que o molhamento do dossel é uma importante fonte de variação em escala horária e deve ser incluída em modelos; que o albedo simulado mostrou uma forte sensibilidade aos parâmetros do dossel superior de orientação da folha e de refletância no infravermelho e nenhuma sensibilidade aos parâmetros do dossel inferior, consistente com a estrutura do dossel; que a incorporação do molhamento do dossel nos cálculos de transferência radiativa melhora os resultados de simulação em escala horária, diminuindo o albedo durante as horas de precipitação, mas não em escala sazonal, excluindo o molhamento do dossel como uma fonte principal da variabilidade sazonal do albedo em florestas tropicais; que os diferentes produtos de sensoriamento remoto apresentaram uma variação considerável em relação aos albedos observados em campo, incluindo grandes diferenças sazonais; que anomalias de precipitação podem ser explicadas por uma relação linear entre os processos radiativos, onde mudanças no albedo da superfície e na radiação líquida explicam aproximadamente 96% e 99% da variação anual da precipitação e que a substituição da floresta por soja afeta mais o clima regional que a conversão em pastagem, provavelmente devido ao alto valor do albedo das áreas de sojaAlbedo is defined as a ratio between reflected solar radiation and incoming solar radiation over a surface. It is a main factor that affects the terrestrial radiation balance and has been frequently considered in the global and regional climate studies. Amazon is one of planet s regions where the response of regional atmospheric circulation is more intense. Simulation studies using several models show that a conversion of tropical rainforest in pasturelands causes reduction in the local precipitation, which is mainly dependent of surface albedo changes. The objective of present work is to investigate the sources of spatial and temporal variation of an Amazon tropical rainforest surface albedo, using field measurements, modeling and satellite products; and to investigate the role of surface albedo changes, after Amazon tropical deforestation, in the regional climate. In this work it was used observed data from four forests (Caxiuanã, Cuieiras, Ducke and Jaru Reserves) and two pastures (Dimona and Nossa Senhora Aparecida) belonging to LBA (Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia) and ABRACOS (Anglo Brazilian Amazonian Climate Observation Study) projects. It was also used six different satellite systems: CG99, ERBE, SRB/ISLSCP2, UMD and MODIS white-sky and MODIS blacksky. For the simulation of Amazon tropical rainforest surface albedo the point IBIS (Integrated Biosphere Simulator) model and it coupled to CCM3 climate model was used. The results of this work show that: the main sources of variation of albedo in hourly and monthly scale are the vegetation cover and atmospheric transmissivity, and that the canopy wetness is an important source of variation in hourly scale and should be included in the models; that the simulated albedo show strong sensitivity to superior canopy parameters of leaf orientation and infrared reflectance and no sensitivity was found for the lower canopy parameters, consistent with the canopy structure; that an incorporation of canopy wetness in the radiative transfer calculation improve the results in a hourly scale, reducing the albedo during the hours with precipitation, but not in a seasonal scale, excluding the canopy wetness as a main source of the seasonal variability in tropical rainforest; that the different satellite systems present a considerable variation related to the field measured albedos, including great seasonal differences; that the precipitation anomalies can be explained by a linear relationship between radiative processes, where the changes in surface albedo and net radiation explain approximately 96% and 99% of the annual variation of precipitation and that the replacement of forest by soybean cropland affects more the regional climate than the conversion in pasture, probably due to the high value of soybean cropland albedoConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic