Regional representativity of AERONET observation sites during the biomass burning season in South America determined by correlation studies with MODIS Aerosol Optical Depth

This paper presents an analysis of ground-based Aerosol Optical Depth (AOD) observations by the Aerosol Robotic Network (AERONET) in South America from 2001 to 2007 in comparison with the satellite AOD product of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), aboard TERRA and AQUA satellites. Data of 12 observation sites were used with primary interest in AERONET sites located in or downwind of areas with high biomass burning activity and with measurements available for the full time range. Fires cause the predominant carbonaceous aerosol emission signal during the dry season in South America and are therefore a special focus of this study. Interannual and seasonal behavior of the observed AOD at different sites were investigated, showing clear differences between purely fire and urban influenced sites. An intercomparison of AERONET and MODIS AOD annual correlations revealed that neither an interannual long-term trend may be observed nor that correlations differ significantly owing to different overpass times of TERRA and AQUA. Individual anisotropic representativity areas for each AERONET site were derived by correlating daily AOD of each site for all years with available individual MODIS AOD pixels gridded to 1 degrees x 1 degrees. Results showed that for many sites a good AOD correlation (R(2) > 0.5) persists for large, often strongly anisotropic, areas. The climatological areas of common regional aerosol regimes often extend over several hundreds of kilometers, sometimes far across national boundaries. As a practical application, these strongly inhomogeneous and anisotropic areas of influence are being implemented in the tropospheric aerosol data assimilation system of the Coupled Chemistry-Aerosol-Tracer Transport Model coupled to the Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (CCATT-BRAMS) at the Brazilian National Institute for Space Research (INPE). This new information promises an improved exploitation of local site sampling and, thus, chemical weather forecast.

Aplicação do modelo de Rams para o estudo de um vórtice ciclônico que atingiu o município de Viamão

A partir de dados do CPTEC, utilizou-se o modelo numérico Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) para simular as condições ambientais que originaram a formação e evolução de um ciclone no dia 11 de outubro de 2000, no município de Viamão, no estado do Rio Grande do Sul. Utilizou-se três grades aninhadas, com resolução progressivamente mais refinada e de forma simultânea. O modelo simulou com bastante precisão os campos de vento, pressão, umidade relativa e temperatura potencial. As simulações foram analisadas e comparadas à dados de superfície, imagens de satélite, cartas sinóticas e radiossondagens. A topografia e a brisa marítima exerceram forte influencia no sentido de intensificar o sistema convectivo que se formou sobre o Estado do Rio grande do Sul, bem como os altos valores de umidade relativa e o intenso cisalhamento vertical. Com estes procedimentos foi possível analisar e caracterizar o perfil atmosférico do sistema estudado e definir parâmetros meteorológicos que justificaram a formação de um tornado.

Circulações atmosféricas clássicas e não-clássicas na região metropolitana de Porto Alegre/RS

O Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), versão 3b, foi utilizado para simular o escoamento na Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA) para explicar a influência de circulações clássicas e não clássicas devido as proximidades do oceano e da Lagoa dos Patos, e da ilha de calor formada pelas cidades. O RAMS foi utilizado em um domínio tridimensional com duas grades sendo utilizadas, a grade mais grossa com resolução horizontal de 8 Km, e a grade mais fina com resolução horizontal de 2 Km. A inicialização do modelo é homogênea e parte do repouso, em uma situação de verão. Foram realizados 3 experimentos; o primeiro deles com apenas a grade mais grossa e com a parametrização da vegetação sendo grama curta em todo o domínio; o segundo utilizando as duas grades, sendo que a área coberta pela grade mais fina é parametrizada como deserto, nas duas grades; o terceiro diferencia-se do segundo pela adição de uma forçante térmica no primeiro nível da área coberta pela grade mais fina durante o período da noite (após o pôr do sol). Os resultados mostram que circulação de brisa lacustre/terrestre é responsável por uma forte tendência meridional no escoamento resultante sobre a RMPA, só sendo atenuada pela componente zonal da circulação de brisa marítima à partir do final da tarde. A confluência dessas duas circulações provoca uma tendência a elevação da camada de mistura. A presença da ilha de calor aumenta o movimento convectivo, com maior transporte vertical de calor sensível, e também retardou o avanço da frente de brisa marítima, embora durante a noite a sua influência não tenha sido muito significante.

Utilização de imagens de satélite e modelagem numérica para o estudo da dispersão de poluentes nas usinas termoelétricas de Charqueadas e São Jerônimo

O objetivo geral deste trabalho é desenvolver estudos relacionados à dispersão de poluentes, considerando a queima de carvão para geração de energia nas Usinas Termoelétricas de Charqueadas e São Jerônimo. O período de estudo foi do dia 17 a 23 de junho de 2003. Neste período houve a passagem de um sistema frontal. Sendo possível avaliar a dispersão dos poluentes em condições pré-frontal, frontal e pós-frontal. Para simular o comportamento dos poluentes neste período, foi utilizada uma subrotina de dispersão acoplada ao modelo RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). Os resultados mostraram que nos dias classificados como pré-frontal e pós-frontal as concentrações do material particulado, dióxido de enxofre e do óxido de nitrogênio, atingiram seus valores máximos, pelo fato da umidade relativa do ar estar bastante baixa em torno de 60%, pressão atmosférica da ordem de 1021 hPa e a intensidade dos ventos fraca. No dia classificado como frontal, as concentrações estavam praticamente nulas, devido à passagem do sistema frontal que causou a queda na pressão atmosférica, aumento da umidade relativa e também pelo fato da ocorrência de precipitação atmosférica neste dia. As comparações dos resultados simulados, com os dados observados na estação de qualidade do ar mostraram-se satisfatórios. Com exceção do dia 22 de junho, que apresentou uma diferença da ordem de 90%.

Situações atmosféricas que propiciam as marés meteorológicas

O objetivo central deste trabalho consiste, a partir de um caso de ciclogênese ocorrido na costa leste do América do Sul, caracterizar as condições sinóticas favoráveis ao desenvolvimento de ciclones marítimos que possam gerar ressacas. Uma ciclogênese desenvolveu-se a leste da Argentina dia 03 de maio de 2001. Neste mesmo dia sobre o continente, existia um centro de alta pressão, que em conjunto com este ciclone marítimo formava um pista de vento de quadrante sul, paralelo ao continente, deixando o mar revolto, aumentando nível no extremo sul do Brasil, como registrado pela tábua de maré da cidade de Rio Grande, no estado do Rio Grande de Sul. No dia 04 de maio, à leste do estado de São Paulo, outro ciclone começa a se formar, intensificando a pista de vento pré existente. A metodologia utilizada afim de atingir os objetivos propostos, foi a da modelagem numérica. Utilizou-se modelo Regional Atmospheric Modeling System (RAMS). Foram utilizados como entrada dados de outros dois modelos, modelo Global e Modelo ETA. Para ambos os experimentos usando o RAMS, observou-se que o ciclone do dia 04 teve sua gênese em torno de 25ºS e 45ºW, se deslocando para sudeste. Na análise de mesoescala, foi observado que durante o período estudado os ventos sempre tiveram uma componente de sul e que os mais intensos ventos ocorreram em 28ºS e 48ºW, pois nesta região haviam maiores valores de gradiente de pressão, fluxo de calor sensível e fluxo de calor latente, já que é também nesta região onde se verifica a maior temperatura da superfície do mar.

Geração de VRS a partir de modelos atmosféricos: Conceito, implementação e resultados

Nowadays, with the implantation of GNSS (Global Navigation Satellite System) reference station networks, several positioning techniques have been developed and/or improved. Using such kind of network data it is possible to model the GNSS distance dependent errors and to compute correction terms for the network region. Several methods have been developed to formulate the corrections terms from network stations data. A method that has been received a great attention is the Virtual Reference Station (VRS). The idea is that the VRS data resemble as much as possible a real receiver data placed in the same local. Therefore, the user has the possibility of using the VRS as if it were a real reference station in your proximities, and to accomplish the relative positioning with a single frequency receiver. In this paper it is described a different methodology applied to implement the VRS concept, using atmospheric models developed by Brazilian researchers. Besides, experiments for evaluating the quality of generated VRS are presented, showing the efficiency of the proposed method.

A influência do Arco do Desmatamento sobre o ciclo hidrológico da Amazônia

Este trabalho buscou quantificar algumas alterações no ciclo hidrológico da Amazônia propiciadas pelo desmatamento da região, principalmente devido à faixa conhecida como "Arco do Desmatamento". Neste sentido, foram realizados experimentos numéricos utilizando o modelo BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System) tendo o submodelo de vegetação dinâmica GEMTM (General Energy and Mass Transport Model) a ele acoplado. Foram investigados os impactos causados pelo Arco do Desmatamento atual em relação à floresta intacta, bem como as futuras modificações, causados pelo avanço do desmatamento até o ano de 2050. Como condições de contorno na superfície para o modelo BRAMS, foram usados cenários oriundos de modelos empíricos de desmatamento para os anos de 2002 e 2050. Os resultados mostraram que o avanço do Arco do Desmatamento até 2050 tem uma complexa relação com as variáveis analisadas. Por exemplo, a precipitação apresentou distribuição espacial heterogênea, com áreas de anomalias positivas e negativas que se mostraram coerentes com as anomalias de outras variáveis, como a evapotranspiração e a divergência de umidade. Também foram encontradas algumas áreas que evidenciaram as possíveis influências dos grandes rios e topografia da região sobre essa precipitação. Os balanços de radiação e energia também foram afetados pelo desmatamento, sendo que grande parte das alterações é devido à mudança do albedo da superfície, a qual ocorre com a substituição da floresta pela pastagem. Quanto às alterações propiciadas pelo Arco do Desmatamento atual em relação à floresta intacta, foi observado que todas as variáveis foram afetadas, entretanto a maioria dos impactos ainda é localizada sobre a área mais afetada pelo desmatamento, diferentemente dos resultados encontrados para o cenário de 2050, onde as modificações já se dão a nível regional.

Modelagem da irradiação direta na incidência normal em Botucatu: aprendizado de máquina, estatístico e linke

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Aplicação de parâmetros convectivos para um caso de linha de instabilidade

Este trabalho visa avaliar a aplicação de parâmetros convectivos (PC) para um caso de linha de instabilidade (LI) ocorrida sobre a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), com o intuito de demonstrar como o uso da modelagem numérica, utilizando o modelo BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System), pode contribuir principalmente com a obtenção de perfis atmosféricos, necessários para uma boa previsão das tempestades.

Heat island simulations in Londrina city, Brazil

This work aims to study the urban heat island on North region of Parana state, Brazil and the influence of land use and urban settlements on the intensity and frequency of occurrence of these events. Through atmospheric modeling whith WRF/Chem model two simulations were made with different land and use files, one with the original land use another obtained from a composition of MODIS-Landsat imagery. The simulations showed good skills compared to observed data. Urban areas presented higher temperatures. Landsat land use has represented better urban heat islands (UHI), the gradient between urban and rural areas was well demonstrated and the correlation coefficient was above 0.92. The model underestimated the maximum values and overestimated the minimum compared with observed data in both simulations.

Impacto da temperatura da superfície do mar na simulação da Zona de Convergência do Atlântico Sul

Durante o verão austral, diversas regiões do Brasil são afetadas por precipitação intensa, geralmente associada à Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). O objetivo geral deste trabalho foi investigar a influência da resolução espacial e temporal dos dados de temperatura da superfície do mar (TSM) na simulação da precipitação associada à ZCAS. Foram realizadas simulações com o modelo BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System) para dois eventos de ZCAS, ocorridos em 1998 (El Niño) e 1999 (La Niña). A quantidade de precipitação acumulada na parte oceânica da ZCAS foi maior nos experimentos com TSM mais quente. Índices estatísticos foram utilizados para verificação do desempenho do modelo na simulação de precipitação nas regiões que compõem a ZCAS (oceânica, costeira e amazônica), com diferentes dados de TSM. A resolução espaço-temporal dos dados de TSM influencia de forma pouco significativa na representação da ZCAS pelo modelo BRAMS. O modelo é mais eficiente em identificar a ocorrência/não ocorrência de chuva do que em localizar núcleos mais intensos e seu desempenho foi superior (inferior) na região amazônica (oceânica) da ZCAS.

EARLINET: potential operationality of a research network

In the framework of ACTRIS (Aerosols, Clouds, and Trace Gases Research Infrastructure Network) summer 2012 measurement campaign (8 June–17 July 2012), EARLINET organized and performed a controlled exercise of feasibility to demonstrate its potential to perform operational, coordinated measurements and deliver products in near-real time. Eleven lidar stations participated in the exercise which started on 9 July 2012 at 06:00 UT and ended 72 h later on 12 July at 06:00 UT. For the first time, the single calculus chain (SCC) – the common calculus chain developed within EARLINET for the automatic evaluation of lidar data from raw signals up to the final products – was used. All stations sent in real-time measurements of a 1 h duration to the SCC server in a predefined netcdf file format. The pre-processing of the data was performed in real time by the SCC, while the optical processing was performed in near-real time after the exercise ended. 98 and 79 % of the files sent to SCC were successfully pre-processed and processed, respectively. Those percentages are quite large taking into account that no cloud screening was performed on the lidar data. The paper draws present and future SCC users' attention to the most critical parameters of the SCC product configuration and their possible optimal value but also to the limitations inherent to the raw data. The continuous use of SCC direct and derived products in heterogeneous conditions is used to demonstrate two potential applications of EARLINET infrastructure: the monitoring of a Saharan dust intrusion event and the evaluation of two dust transport models. The efforts made to define the measurements protocol and to configure properly the SCC pave the way for applying this protocol for specific applications such as the monitoring of special events, atmospheric modeling, climate research and calibration/validation activities of spaceborne observations.

Spatially explicit methane inventory for Switzerland with 500 m x 500 m resolution for 2011 (NetCDF 25 MB)

We present the first high-resolution (500 m × 500 m) gridded methane (CH4) emission inventory for Switzerland, which integrates the national emission totals reported to the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) and recent CH4 flux studies conducted by research groups across Switzerland. In addition to anthropogenic emissions, we also include natural and semi-natural CH4 fluxes, i.e., emissions from lakes and reservoirs, wetlands, wild animals as well as uptake by forest soils. National CH4 emissions were disaggregated using detailed geostatistical information on source locations and their spatial extent and process- or area-specific emission factors. In Switzerland, the highest CH4 emissions in 2011 originated from the agricultural sector (150 Gg CH4/yr), mainly produced by ruminants and manure management, followed by emissions from waste management (15 Gg CH4/yr) mainly from landfills and the energy sector (12 Gg CH4/yr), which was dominated by emissions from natural gas distribution. Compared to the anthropogenic sources, emissions from natural and semi-natural sources were relatively small (6 Gg CH4/yr), making up only 3 % of the total emissions in Switzerland. CH4 fluxes from agricultural soils were estimated to be not significantly different from zero (between -1.5 and 0 Gg CH4/yr), while forest soils are a CH4 sink (approx. -2.8 Gg CH4/yr), partially offsetting other natural emissions. Estimates of uncertainties are provided for the different sources, including an estimate of spatial disaggregation errors deduced from a comparison with a global (EDGAR v4.2) and a European CH4 inventory (TNO/MACC). This new spatially-explicit emission inventory for Switzerland will provide valuable input for regional scale atmospheric modeling and inverse source estimation.

Caracterização do material particulado e avaliação do risco ocupacional e mecanismos moleculares associados à queima artesanal da castanha de caju

Brazil is among the largest cashew nut producers of the world. However, the roasting process is still carried out artisanally, especially in the Brazilian semiarid region. In face of this occupational problem, the aim of this study was to perform a physical-chemical characterization of the particulate matter (PM) emitted by the roasting of cashew nuts, as well as to determine the occupational risk and molecular mechanisms associated. The most evident PM characteristics were the prevalence of fine particles, typical biomass burning morphologies such as tar ball and the presence of the elements K, Cl, S, Ca and Fe. In addition, atmospheric modeling analyses suggest that these particles can reach neighboring regions of the emission source. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) with carcinogenic potential, such as benzo[a]pyrene, dibenz[a,h]anthracene, benzo[a]anthracene, benzo[b]fluoranthene, chrysene, benzo[k]fluoranthene, indeno[1,2,3-c,d]pyrene and benzo[j]fluoranthene were the most abundant PAHs found in the two air monitoring campaigns. Among the identified oxy-PAH the benzanthrone (7H-benz[d,e]anthracen-7-one) had the highest concentration and the evaluation of lifetime cancer risk showed an increase of 12 to 37 cases of cancer for every 10,000 exposed people. Chemical analysis of roasted cashew nuts identified the PAHs: phenanthrene, benzo[g,h,i]perylene, pyrene and benzo[a]pyrene, besides the 3-pentadecilfenol allergen (urushiol analogue) as prevalent. Occupational exposure to PAHs was confirmed by the increase of urinary 1-hydroxypyrene levels and genotoxic effects were evidenced by the increase on micronuclei and nuclear bud frequency in exfoliated buccal mucosa cells among the exposed workers. Other biomarkers of effects such as karyorrhexis, pyknotic, karyolytic, condensed chromatin and binucleated cells also have their frequencies increased when compared to an unexposed control group. The investigation of the molecular mechanisms associated with the PM organic extract showed cytotoxicity in human lung cell lines (A549) at concentrations ≥ 4 nM BaPeq. Using non-cytotoxic doses the extract was able to activate proteins involved in the DNA damage response pathway (Chk1 and p53). Moreover, the specific contribution of the four most representative PAHs in the cashew nut roasting sample showed that benzo[a]pyrene was the most efficient to activate Chk1 and p53. Finally, the organic extract was able to increase persistently the mRNA expression involved in the PAHs metabolism (CYP1A1 and CYP1B1), inflammatory response (IL-8 and TNF-α) and cell cycle arrest (CDKN1A) for DNA repair (DDB2). The high PM concentrations and its biological effects associated warn of the serious harmful effects of artisanal cashew nut roasting and urgent actions should be taken to the sustainable development of this activity.

Caracterização do material particulado e avaliação do risco ocupacional e mecanismos moleculares associados à queima artesanal da castanha de caju

Brazil is among the largest cashew nut producers of the world. However, the roasting process is still carried out artisanally, especially in the Brazilian semiarid region. In face of this occupational problem, the aim of this study was to perform a physical-chemical characterization of the particulate matter (PM) emitted by the roasting of cashew nuts, as well as to determine the occupational risk and molecular mechanisms associated. The most evident PM characteristics were the prevalence of fine particles, typical biomass burning morphologies such as tar ball and the presence of the elements K, Cl, S, Ca and Fe. In addition, atmospheric modeling analyses suggest that these particles can reach neighboring regions of the emission source. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) with carcinogenic potential, such as benzo[a]pyrene, dibenz[a,h]anthracene, benzo[a]anthracene, benzo[b]fluoranthene, chrysene, benzo[k]fluoranthene, indeno[1,2,3-c,d]pyrene and benzo[j]fluoranthene were the most abundant PAHs found in the two air monitoring campaigns. Among the identified oxy-PAH the benzanthrone (7H-benz[d,e]anthracen-7-one) had the highest concentration and the evaluation of lifetime cancer risk showed an increase of 12 to 37 cases of cancer for every 10,000 exposed people. Chemical analysis of roasted cashew nuts identified the PAHs: phenanthrene, benzo[g,h,i]perylene, pyrene and benzo[a]pyrene, besides the 3-pentadecilfenol allergen (urushiol analogue) as prevalent. Occupational exposure to PAHs was confirmed by the increase of urinary 1-hydroxypyrene levels and genotoxic effects were evidenced by the increase on micronuclei and nuclear bud frequency in exfoliated buccal mucosa cells among the exposed workers. Other biomarkers of effects such as karyorrhexis, pyknotic, karyolytic, condensed chromatin and binucleated cells also have their frequencies increased when compared to an unexposed control group. The investigation of the molecular mechanisms associated with the PM organic extract showed cytotoxicity in human lung cell lines (A549) at concentrations ≥ 4 nM BaPeq. Using non-cytotoxic doses the extract was able to activate proteins involved in the DNA damage response pathway (Chk1 and p53). Moreover, the specific contribution of the four most representative PAHs in the cashew nut roasting sample showed that benzo[a]pyrene was the most efficient to activate Chk1 and p53. Finally, the organic extract was able to increase persistently the mRNA expression involved in the PAHs metabolism (CYP1A1 and CYP1B1), inflammatory response (IL-8 and TNF-α) and cell cycle arrest (CDKN1A) for DNA repair (DDB2). The high PM concentrations and its biological effects associated warn of the serious harmful effects of artisanal cashew nut roasting and urgent actions should be taken to the sustainable development of this activity.