Measurement of turbulent fluxes of particles and volatile organic compounds, and the aerosol vertical distribution at the Amazonian low troposphere

A Amazônia constitui um ecossistema complexo, no qual a biosfera e a atmosfera estão intrinsecamente relacionadas. Às fontes biogênicas naturais somam-se emissões de queimadas, que alteram significativamente as características da população de aerossóis, e que afetam processos importantes no funcionamento do ecossistema. O presente trabalho integra observações de propriedades físicas de aerossóis na Amazônia sob diferentes condições: i) o transporte turbulento de partículas entre o dossel e a camada limite (experimento LBA/ZF2-2004); ii) a evolução de propriedades de aerossóis de queimada durante o transporte entre a camada limite e a troposfera livre (experimento LBA/SMOCC-2002). Medidas de fluxos por vórtices turbulentos foram realizadas em uma torre situada na Reserva Biológica de Cuieiras (AM), sendo que o valor médio obtido para o fluxo de partículas foi de 0,05 106 m-2 s-1, indicando um fluxo líquido próximo de zero. Durante o dia predominou a emissão de partículas, enquanto que à noite a deposição foi o processo dominante. Alguns eventos foram associados à variabilidade dos fluxos de partículas, tais como: gradientes verticais ascendentes de concentração de partículas grossas contendo fósforo e potássio durante a noite; e eventos de súbito aumento da concentração de partículas finas também durante a noite. Esses eventos podem estar relacionados a emissões biogênicas. Fluxos de isopreno e monoterpenos (precursores de aerossóis orgânicos secundários) atingiram, respectivamente, valores máximos de 7,4 e 0,82 ?gC/m2/h em torno do meio-dia, sem associação direta com os fluxos de aerossóis. Não foram observados eventos claros de nucleação de novas partículas. A distribuição vertical dos aerossóis da baixa troposfera foi estudada a partir da compilação de 31 vôos realizados sobre áreas impactadas em Rondônia, e também sobre áreas relativamente limpas na Amazônia Ocidental. Nas regiões impactadas, a concentração de partículas decaiu a uma taxa média de 800 partículas/cm3/km na troposfera livre. Perfis verticais mostraram que os aerossóis de queimada tendem a acumular-se no topo da camada limite, com possíveis implicações óticas para a superfície. Nos sítios impactados, observou-se um aumento do diâmetro médio das partículas, da eficiência de espalhamento e da eficiência de ativação de NCN na troposfera livre, possivelmente causados por processamento dos aerossóis no interior de nuvens. Por outro lado, nas localidades de floresta não-impactada as propriedades medidas na camada limite e na troposfera livre apresentaram valores similares. Dessa maneira, foram caracterizados os dois tipos de partículas existentes na Amazônia: as partículas de queimada e as partículas naturais biogênicas. Os resultados mostraram que o processo de envelhecimento de partículas de queimada influenciou significativamente as propriedades físicas da população de aerossóis. Quanto às partículas biogênicas, ainda permanecem desconhecidos os mecanismos biofísicos que governam os processos de emissão e deposição, sendo necessária a realização de novos experimentos em longo prazo.The Amazon tropical forest constitutes a complex ecosystem, in which the biosphere and the atmosphere are intrinsically related. To the natural biogenic sources, biomass burning emissions are summed up, changing significantly some aerosol characteristics, which in turn may affect important processes in the ecosystem. This work integrates observations of aerosol physical properties in Amazonia under two different conditions: i) turbulent transport between the forest canopy and the atmosphere (LBA/ZF2-2004 experiment); ii) evolution of biomass burning aerosol properties along the transport from the surface to the lower free troposphere (LBA/SMOCC-2202 experiment). Turbulent flux measurements were performed by eddy covariance in a tower at the Reserva Biológica de Cuieiras (AM), with an average particle flux of 0,05 106 m-2 s-1, denoting a net flux close to zero. During the day, particle emission was the predominant process, while the deposition dominated at night. Some events were associated to particle flux variability, such as: ascendant vertical gradients of coarse particles containing phosphorus and potassium at night; and events of abrupt increase in fine particles concentration also at night. Those events can be related to biogenic emissions. Isoprene and monoterpene fluxes (secondary organic aerosols precursors) reached, respectively, maximum values of 7.4 and 0.82 ?gC/m2/h around noon, without any apparent association with aerosol fluxes. Also, no clear events of nucleation were observed during the experiment. The aerosol vertical distribution were achieved from the compilation of 31 flights over impacted areas in Rondonia, and also over relatively clean areas on Western Amazon. Over the impacted areas, particle concentrations diminished with an average tax of 800 particles/cm3/km at the free troposphere. Vertical profiles showed that biomass burning aerosols have a tendency to accumulate at the top of the boundary layer, with possible optical implications at surface. Over impacted areas, an increase on particle average diameters, as well as on scattering and CCN activation efficiencies were observed at the free troposphere, possibly due to in cloud aerosol processes. Otherwise, over clean forest areas no significant differences on aerosol properties were observed inside the boundary layer and at the free troposphere. In this way, the two types of Amazonian aerosol particles were characterized in this work: biomass burning and natural biogenic particles. Results showed that biomass burning aging process affected significantly some physical properties of the aerosol population. As for biogenic particles, the biophysical mechanisms that govern their emission and deposition processed are still unclear, so that long range particle flux experiments are required for a better understanding of this issue