Spatial and temporal variability of the direct radioative forcing of biomass burning aerossol and the effects of land use change in Amazonia

Medidas simultâneas dos sensores CERES (Clouds and the Earths radiant Energy System) e MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer), a bordo do satélite Terra, da NASA foram utilizadas para avaliar o impacto do desflorestamento no balanço radiativo em larga escala na Amazônia durante as estações secas de 2000 a 2009. Este impacto é decorrente da emissão de partículas de queimadas, mudanças nas características de superfície e na quantidade de vapor dágua na coluna atmosférica. A forçante radiativa direta de aerossóis de queimadas e a forçante radiativa de mudança de albedo de superfície, devida ao desflorestamento na Amazônia, foram calculadas a partir de duas diferentes metodologias. O primeiro método calcula a média da forçante para toda a estação seca, através da regressão da irradiância no topo da atmosfera (TOA) versus a profundidade óptica de aerossóis. O segundo método calcula a forçante diária a partir das irradiâncias medidas no TOA e da geometria de iluminação. Um código de transferência radiativa, em conjunto com o produto de funções de distribuição de refletância bidirecional (BRDF) do MODIS e medidas de propriedades ópticas de aerossóis de queimadas da rede AERONET, foram utilizados para expandir as forçantes radiativas instantâneas, calculadas no horário de passagem do satélite, em médias diárias. A média diária da forçante radiativa direta no TOA para o período estudado, foi de - 8,2 ± 2,1 W/m² e -5,2 ± 2,6 W/m², dependendo da metodologia utilizada. As distribuições espaciais da forçante radiativa direta de aerossóis sobre a região amazônica mostram que, para altas concentrações de aerossóis, a média diária da forçante radiativa no TOA pode alcançar até -30 W/m². Observamos também que a refletância da superfície influencia fortemente o efeito radiativo direto de aerossóis. O impacto dos aerossóis sobre diferentes tipos de superfície foi analisado, indicando que a forçante radiativa é sistematicamente mais negativa sobre floresta do que sobre cerrado. A média anual da forçante radiativa de mudança de albedo de superfície devida ao desflorestamento em Rondônia foi determinada, a partir das duas diferentes metodologias, em -7,4 ± 0,9 W/m² e -8,1 ± 1,0 W/m², respectivamente. As partículas de queimadas impactam o balanço radiativo por aproximadamente 2 a 3 meses por ano, enquanto o impacto do albedo de superfície pode ser observado ao longo de todo o ano. Esta diferença, devida à sazonalidade da estação de queimadas, indica que a média anual do impacto da mudança de albedo de superfície sobre o balanço radiativo amazônico é muito maior do que o impacto anual dos aerossóis de queimadas. A influência do desmatamento na quantidade de vapor dágua atmosférico e seu impacto no balanço radiativo foi analisada a partir de medidas de vapor dágua integrado na coluna atmosférica obtidas pelos radiômetros solares da AERONET. Estas medidas mostram que a quantidade de vapor dágua integrado na coluna atmosférica é 0,35 cm (cerca de 10% do total) menor sobre áreas desmatadas do que sobre áreas de florestas preservadas. O efeito desta redução na quantidade de vapor dágua atmosférico contribui para aumentar o fluxo radiativo de ondas curtas ascendente no TOA. Os altos valores de forçante obtidos neste trabalho indicam que o desflorestamento pode ter forte implicação para a convecção, desenvolvimento de nuvens e para a razão entre radiação direta e difusa.Simultaneous CERES (Clouds and the Earth\'s Radiant Energy System) and MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer) sensors retrievals were used to calculate the changes in radiation fluxes resulting from deforestation in the Amazon during the peak of the biomass burning seasons from 2000 to 2009. The energy balance of the region is modified by the emission of biomass burning aerosols, changes in surface properties and in the atmospheric water vapor column. The direct radiative forcing (RF) of biomass burning aerosols and the RF due to surface albedo changes, triggered by deforestation in the Amazonia, were calculated using two different methodologies. The first method calculates the average forcing for the whole dry season using a regression of fluxes in the top of the atmosphere (TOA) versus the aerosol optical depth. The second method calculates the daily forcing from the irradiances at the TOA and the illumination geometry. MODIS\'s bidirectional reflectance distribution functions (BRDF) product and biomass burning aerosol properties retrieved by AERONET were used in a radiative transfer code, to expand the instantaneous radiative forcing values, obtained during the satellite overpass, into 24-hour RF average. The mean direct RF of aerosols at the TOA during the biomass burning season for the 10-year period was -8.2 ± 2.1 W/m² and -5.2 ± 2.6 W/m², depending on the two methodologies applied. The spatial distributions of the direct radiative forcing of aerosols over the Amazon Basin show that for high concentrations of aerosols, the daily average of the RF at the TOA can reach up to -30 W/m². The surface reflectance strongly influences the direct RF of aerosols. The impact of aerosols over different surface types was analyzed, indicating that the RF is systematically more negative over forest than over cerrado areas. The mean annual land use change RF, due to deforestation, in Rondonia was determined as -7.4 ± 0.9 W/m² and -8.1 ± 1.0 W/m², using the two different methodologies. Biomass burning aerosols impact the radiative budget for approximately 2-3 months per year, whereas the surface albedo impact is observed throughout the year. Because of this difference, the estimated impact in the Amazonian annual radiative budget due to surface albedo change is much higher than the annual impact due to aerosol emissions. The influence of deforestation in the atmospheric water vapor content, and its impact in the radiative budget, was assessed using water vapor column measurements obtained by AERONET sunphotometers. It was observed that the column water vapor is on average smaller by about 0.35 cm (around 10% of the total column water vapor) over deforested areas compared to forested areas. The effect of reducing atmospheric water vapor column contributes to an increase in the upward shortwave radiative flux at the TOA. The large radiative forcing values obtained in this work indicate that deforestation have strong implications on convection, cloud development and the ratio of direct and diffuse radiation, which impacts the carbon uptake by the forest, therefore, changing the photosynthetic rate