Numerical Modeling of Transport and Emissions of Trace Gases and Aerosols from Fires in the Cerrado and Tropical Rainforest in South America

Este trabalho trata do estudo do transporte atmosférico de emissões de queimadas na região Amazônica e Centro-Oeste do Brasil. Em consequência da queima de biomasa, gases (CO IND.2, CO, CH IND.4, etc.) e partículas são emitidas para a atmosfera, os quais podem provocar mudanças no equilíbrio climático e biogeo químico do planeta Terra, em várias escalas. O estudo é realizado por meio de simulação numérica dos movimentos da atmosfera utilizando o modelo atmosférico RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). São utilizados os métodos Lagrangiano e Euleriano. No método Langrangiano o transporte é estudado por meio do cálculo de trajetórias cinemáticas 3d de massas de ar, utilizando o campo de vento simulado, na escala resolvida. A posição inicial das massas de ar é obtida a partir de mapas de queimadas detectadas por sensores a bordo de satélites como o AVHRR da série NOAA. Uma metodologia simples que contabiliza os efeitos de processos convectivos úmidos da escala sub-grade na velocidade vertical da parcela de ar para modelo atmosféricos de baixa resolução, é introduzida no modelo de trajetórias. No método Euleriano, é resolvida a equação de conservação de massa dos principais elementos emitidos. Para tanto é introduzido um modelo de fontes emissoras de gases/partículas associadas à queimadas em floresta tropical e cerrado da América do Sul, distribuídas espacial e temporalmente através da assimilação diária de mapas de posição de queimadas produzidos por sensoriamento remoto. Os termos de advecção na escala resolvida e o transporte turbulento na escala sub-grade são resolvidos utilizando as parametrizações próprias do modelo RAMS. É introduzida uma parametrização do transporte sub-grade associado às circulações úmidas e profundas não resolvidas explicitamente pelo modelo, devido a baixa resolução espacial. Termos sumidouros associados a processos genéricos de remoção/transformação de gases/partículas são ) também parametrizadas e inseridos na equação de conservação de massa. A metodologia é aplicada a um estudo de caso ocorrido no mês de julho de 1993. São modelados o transporte turbulento na camada limite planetária, os efeitos transientes associados à entrada de frentes frias vindo do sul do continente e à convecção na bacia Amazônica no transporte convectivo de poluentes, bem como o transporte associado aos sistemas de larga escala. São observados padrões de exportação continental de poluentes, com saídas ocorrendo a noroeste da América do Sul em direção ao oceano Pacífico, e a sudeste em direção ao oceano Atlântico.A study about the atmospheric transport f biomass burning emissions in the Amazon and the Central of Brazil is presented. Gases (CO IND.2, CO, CH IND.4, etc.) and particles emitted to the atmosphere due the biomass burning are responsible for the climatic and biogeochemical budget changes in the Earth planet, in many scales. This study is carried out through a numerical simulation of the atmospheric motions using the atmospheric models RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). Lagragian and Eulerian methods are used. In the Lagrangian method the transport is studied through 3D kinematic air mass trajectories calculation, using simulated wind fields, in a resolved scale. The initial position of the air masses is obtained from biomass burning spots maps, derived from satellite sensors (AVHRR from NOAA series). A simple methodology to take into account the sub-grid effects of wet convective process in the vertical velocity of the air parcels, for low resolution atmospheric models is introduced in the trajectory model. In the Eulerian method the mass conservation equation is resolved for the main elements emitted. A model of gases and particles sources emissions is introduced associated with biomass burning in South America tropical forest and savanna, spatially and temporally distributed and daily assimilated, according to the biomass burning spots defined by remote sensing. The advection in a resolved scale and turbulent transport, in a sub-grid parameterization associated to wet and deep circulation not explicitly resolved by the model due its low spatial resolution is introduced. Sinks associated with generic process of removal/transformation of gases/particles are parameterized and introduced in the mass conservation equation. The methodology is applied to a case study on July 1993. The turbulent transport in the planetary boundary layer the transient effects in the convective transport of pollutants associated with cold fronts from the south and convection in the Amazon basin and the transport associated with the large scale systems are modeled. Patterns of pollutant exportation are observed with a corridor to the Pacific Ocean in the South America Northwest and another in the Southeast to the Atlantic Ocean