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@PhDThesis{Freire:2020:ImAeQu,
               author = "Freire, Julliana Larise Mendon{\c{c}}a",
                title = "Impacto dos aeross{\'o}is de queimadas na previs{\~a}o 
                         clim{\'a}tica em escala sazonal sobre a Am{\'e}rica do Sul",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2020",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2020-04-23",
             keywords = "aeross{\'o}is de queimadas, Am{\'e}rica do Sul, previs{\~a}o 
                         clim{\'a}tica sazonal, simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica, 
                         destreza, biomass burning aerosol, South America, seasonal climate 
                         prediction, numerical simulation, skill.",
             abstract = "A import{\^a}ncia dos aeross{\'o}is de queimadas no 
                         balan{\c{c}}o de radia{\c{c}}{\~a}o e nas propriedades 
                         microf{\'{\i}}sica das nuvens est{\'a} relativamente bem 
                         entendida pela comunidade cient{\'{\i}}fica. Diversos estudos 
                         t{\^e}m mostrado a import{\^a}ncia de considerar esta 
                         for{\c{c}}ante em previs{\~o}es clim{\'a}ticas. No entanto, 
                         para a escala sazonal ainda existe muitas lacunas de conhecimento 
                         sobre se o impacto da inclus{\~a}o dos aeross{\'o}is na 
                         qualidade das previs{\~o}es produzidas por um sistema de 
                         previs{\~a}o clim{\'a}tica sazonal acoplado 
                         atmosfera-oceano-superf{\'{\i}}cie. Esta tese de doutorado 
                         prop{\~o}e avaliar o impacto dos aeross{\'o}is de queimadas na 
                         for{\c{c}}ante radiativa local, nos fluxos de superf{\'{\i}}cie 
                         e no comportamento m{\'e}dio das principais vari{\'a}veis 
                         meteorol{\'o}gica, bem como o ganho de destreza ao incluir os 
                         aeross{\'o}is de queimadas em um sistema num{\'e}rico de 
                         previs{\~a}o clim{\'a}tica sazonal, al{\'e}m de investigar como 
                         o m{\'e}todo de prescri{\c{c}}{\~a}o das emiss{\~o}es 
                         contribui para este ganho. A metodologia empregada utiliza o 
                         sistema Goddard Earth Observing System Atmosphere Ocean General 
                         Circulation Model para a previs{\~a}o clim{\'a}tica subsazonal e 
                         sazonal (GEOS-S2S-2) com aeross{\'o}is progn{\'o}sticos e 
                         interativos com os processos de transfer{\^e}ncia radiativa e 
                         microf{\'{\i}}sica de nuvens na atmosfera. Tr{\^e}s 
                         experimentos num{\'e}ricos foram realizados, levando em 
                         considera{\c{c}}{\~a}o como as emiss{\~o}es de queimadas 
                         s{\~a}o prescritas: sem emiss{\~o}es de queimadas, emiss{\~o}es 
                         di{\'a}rias e emiss{\~o}es de queimadas prescritas a partir de 
                         uma climatologia mensal. Para cada um desses tr{\^e}s 
                         experimentos, foi produzido um conjunto de quatro membros de 
                         previs{\~o}es retrospectivas, entre junho e novembro de cada ano, 
                         para o per{\'{\i}}odo de 2000 a 2015. Os resultados mostraram 
                         que o sistema GEOS-S2S-2 consegue representar bem a 
                         distribui{\c{c}}{\~a}o climatol{\'o}gica espa{\c{c}}o-temporal 
                         da profundidade {\'o}ptica dos aeross{\'o}is de queimadas em 
                         compara{\c{c}}{\~a}o com os dados de refer{\^e}ncia. A 
                         cobertura de nuvens foi alterada em todos os n{\'{\i}}veis da 
                         atmosfera, devido {\`a} presen{\c{c}}a dos aeross{\'o}is de 
                         queimadas. No entanto, estas altera{\c{c}}{\~o}es foram mais 
                         expressivas no campo das nuvens m{\'e}dias e altas. Em 
                         m{\'e}dia, a cobertura de nuvens foi aumentada na regi{\~a}o de 
                         maior profundidade {\'o}ptica dos aeross{\'o}is e reduzida sobre 
                         a por{\c{c}}{\~a}o ao sul da fonte de emiss{\~o}es de 
                         aeross{\'o}is de queimadas. A an{\'a}lise da for{\c{c}}ante 
                         radiativa direta dos aeross{\'o}is de queimadas (ADF) mostrou uma 
                         redu{\c{c}}{\~a}o no saldo de radia{\c{c}}{\~a}o de onda curta 
                         no topo da atmosfera (-4.75 Wm-2) e na superf{\'{\i}}cie (-16.34 
                         Wm-2), indicando o resfriamento da superf{\'{\i}}cie. Na 
                         atmosfera o sinal da ADF foi positivo (11.58 Wm-2), indicando o 
                         aquecimento da atmosfera. A inclus{\~a}o dos aeross{\'o}is de 
                         queimadas no sistema GEOS-S2S-2 contribuiu para reduzir a 
                         temperatura da superf{\'{\i}}cie e aquecer a atmosfera em 
                         n{\'{\i}}veis mais altos sobre a regi{\~a}o de queimadas, 
                         favoreceram o aumento da estabilidade da camada limite 
                         planet{\'a}ria. Em geral, a presen{\c{c}}a de aeross{\'o}is de 
                         queimadas amplifica a press{\~a}o em superf{\'{\i}}cie, 
                         enfraquece o movimento ascendente da circula{\c{c}}{\~a}o de 
                         Hadley e intensifica a magnitude dos jatos de baixos 
                         n{\'{\i}}veis e da Alta Subtropical do Atl{\^a}ntico Sul. A 
                         resposta din{\^a}mica {\`a} for{\c{c}}ante radiativa dos 
                         aeross{\'o}is de queimadas influenciaram a 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o, que foi suprimida em praticamente todo o 
                         continente sul americano. Todas estas altera{\c{c}}{\~o}es 
                         contribu{\'{\i}}ram para aumentar a destreza do sistema GEOS- 
                         S2S-2 em prever a temperatura da superf{\'{\i}}cie e a 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o, sobre algumas regi{\~o}es da AS. O 
                         impacto do m{\'e}todo de prescri{\c{c}}{\~a}o das emiss{\~o}es 
                         dos aeross{\'o}is de queimadas foi expressivo para a destreza do 
                         sistema num{\'e}rico de previs{\~a}o. As {\'a}reas 
                         identificadas com destreza {\'u}til foram expressivamente 
                         aumentadas, quando as emiss{\~o}es foram fornecidas a partir de 
                         estimativas di{\'a}rias. No entanto, investiga{\c{c}}{\~o}es de 
                         novas alternativas para a representa{\c{c}}{\~a}o de 
                         emiss{\~o}es dos aeross{\'o}is de queimadas ainda s{\~a}o 
                         necess{\'a}rias para melhor avaliar o potencial da inclus{\~a}o 
                         dos aeross{\'o}is no aumento da destreza das previs{\~o}es 
                         clim{\'a}ticas sazonais. ABSTRACT: The importance of biomass 
                         burning (BB) aerosols in the radiation balance and microphysical 
                         properties of clouds is relatively well understood by the 
                         scientific community. Several studies have shown the importance of 
                         the inclusion of this forcing in climate predictions. However, for 
                         the seasonal scale, there are still many knowledge gaps about if 
                         the impact of the inclusion of BB aerosols on the quality of the 
                         seasonal prediction by in a coupled ocean-atmosphere-surface 
                         system. This PhD thesis proposed to evaluates the impact of 
                         biomass burning aerosols on the local radiative forcing, on 
                         surface flows and on the average behavior of the main 
                         meteorological variables, as well as the gain in skill by 
                         including the BB aerosol in a seasonal climate prediction system 
                         and how the method for including these contribute to increase this 
                         gain. The methodology uses Goddard Earth Observing System (GEOS) 
                         Sub-seasonal to Seasonal prediction (S2S) system, GEOS-S2S-2, with 
                         prognostic that impact the radiative and microphysical cloud 
                         processes in the atmosphere. Three numerical experiments are 
                         conducted, taking into consideration how the BB emissions are 
                         prescribed: no BB emissions, daily estimation emissions, and 
                         monthly climatological emissions. Each hindcast consisted of 
                         four-members running from June to November of each year between 
                         2000 and 2015. The results showed that the GEOS-S2S-2 system can 
                         reproduce the spatial and temporal climatological distribution of 
                         the BB aerosols aerosol optical depth compared to the reference 
                         data. The cloud cover changed in all levels of the troposphere, 
                         due to the presence of BB aerosols. However, these changes were 
                         greater in middle and high levels. On average, the cloud fraction 
                         cover was increased in the region with highest optical depth and 
                         reduced over the southern portion of the BB aerosol source. The 
                         analysis of the Aerosol Direct Forcing (ADF) showed a reduction in 
                         the balance of shortwave radiation at the top of the atmosphere 
                         (-4.75 Wm textsupscript -2) and at surface (-16.34 Wm 
                         textsupscript -2 ). In the atmosphere, the ADF was positive (11.58 
                         Wm textsupscript -2), indicating the heating of the atmosphere. 
                         The inclusion of BB aerosols in the GEOS-S2S-2 system contributed 
                         to reduce the near-surface temperatures and increase temperatures 
                         int the upper levels over the BB region, thus increasing the 
                         stability in planetary boundary layer. In general, the inclusion 
                         of BB aerosol increases the surface pressure, weakens the 
                         ascending branch of the Hadley circulation, and intensifies the 
                         low-level jets and South Atlantic Subtropical High circulation. 
                         The dynamic response to the radiative forcing of the BB aerosols 
                         reduced precipitation in most of South America (SA). These changes 
                         contributed to increase the GEOS-S2S-2 system ability to predict 
                         near-surface temperature and precipitation over some SA regions. 
                         The method of BB aerosol emissions prescription had an impact in 
                         the skill of the model. The areas identified with useful skill 
                         were significantly increased when emissions were provided from 
                         daily estimates. Futher investigations of the new alternatives for 
                         representing BB emissions are still needed to better assess the 
                         potential of including aerosols in increase the skill of seasonal 
                         climate predictions.",
            committee = "Coelho, Simone Marilene Sievert da Costa (presidente) and Freitas, 
                         Saulo Ribeiro de (orientador) and Coelho, Caio Augusto dos Santos 
                         (orientador) and Cavalcanti, Iracema Fonseca de Albuquerque and 
                         Dias, Pedro Leite da Silva and Ros{\'a}rio, Nilton Manuel 
                         {\'E}vora do",
         englishtitle = "Impact of biomass burning aerosols on seasonal scale climate 
                         predictions over South America",
             language = "pt",
                pages = "190",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/42ARHE8",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/42ARHE8",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "05 mar. 2021"
}


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