@PhDThesis{Freire:2021: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 = "2021",
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/ibi/8JMKD3MGP3W34R/42ARHE8",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "09 maio 2024"
}