%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/04.13.15.28
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/04.13.15.28.12
%T Impacto dos aerossóis de queimadas na previsão climática em escala sazonal sobre a América do Sul
%J Impact of biomass burning aerosols on seasonal scale climate predictions over South America
%D 2021
%8 2020-04-23
%9 Tese (Doutorado em Meteorologia)
%P 190
%A Freire, Julliana Larise Mendonça,
%E Coelho, Simone Marilene Sievert da Costa (presidente),
%E Freitas, Saulo Ribeiro de (orientador),
%E Coelho, Caio Augusto dos Santos (orientador),
%E Cavalcanti, Iracema Fonseca de Albuquerque,
%E Dias, Pedro Leite da Silva,
%E Rosário, Nilton Manuel Évora do,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K aerossóis de queimadas, América do Sul, previsão climática sazonal, simulação numérica, destreza, biomass burning aerosol, South America, seasonal climate prediction, numerical simulation, skill.
%X A importância dos aerossóis de queimadas no balanço de radiação e nas propriedades microfísica das nuvens está relativamente bem entendida pela comunidade científica. Diversos estudos têm mostrado a importância de considerar esta forçante em previsões climáticas. No entanto, para a escala sazonal ainda existe muitas lacunas de conhecimento sobre se o impacto da inclusão dos aerossóis na qualidade das previsões produzidas por um sistema de previsão climática sazonal acoplado atmosfera-oceano-superfície. Esta tese de doutorado propõe avaliar o impacto dos aerossóis de queimadas na forçante radiativa local, nos fluxos de superfície e no comportamento médio das principais variáveis meteorológica, bem como o ganho de destreza ao incluir os aerossóis de queimadas em um sistema numérico de previsão climática sazonal, além de investigar como o método de prescrição das emissões contribui para este ganho. A metodologia empregada utiliza o sistema Goddard Earth Observing System Atmosphere Ocean General Circulation Model para a previsão climática subsazonal e sazonal (GEOS-S2S-2) com aerossóis prognósticos e interativos com os processos de transferência radiativa e microfísica de nuvens na atmosfera. Três experimentos numéricos foram realizados, levando em consideração como as emissões de queimadas são prescritas: sem emissões de queimadas, emissões diárias e emissões de queimadas prescritas a partir de uma climatologia mensal. Para cada um desses três experimentos, foi produzido um conjunto de quatro membros de previsões retrospectivas, entre junho e novembro de cada ano, para o período de 2000 a 2015. Os resultados mostraram que o sistema GEOS-S2S-2 consegue representar bem a distribuição climatológica espaço-temporal da profundidade óptica dos aerossóis de queimadas em comparação com os dados de referência. A cobertura de nuvens foi alterada em todos os níveis da atmosfera, devido à presença dos aerossóis de queimadas. No entanto, estas alterações foram mais expressivas no campo das nuvens médias e altas. Em média, a cobertura de nuvens foi aumentada na região de maior profundidade óptica dos aerossóis e reduzida sobre a porção ao sul da fonte de emissões de aerossóis de queimadas. A análise da forçante radiativa direta dos aerossóis de queimadas (ADF) mostrou uma redução no saldo de radiação de onda curta no topo da atmosfera (-4.75 Wm-2) e na superfície (-16.34 Wm-2), indicando o resfriamento da superfície. Na atmosfera o sinal da ADF foi positivo (11.58 Wm-2), indicando o aquecimento da atmosfera. A inclusão dos aerossóis de queimadas no sistema GEOS-S2S-2 contribuiu para reduzir a temperatura da superfície e aquecer a atmosfera em níveis mais altos sobre a região de queimadas, favoreceram o aumento da estabilidade da camada limite planetária. Em geral, a presença de aerossóis de queimadas amplifica a pressão em superfície, enfraquece o movimento ascendente da circulação de Hadley e intensifica a magnitude dos jatos de baixos níveis e da Alta Subtropical do Atlântico Sul. A resposta dinâmica à forçante radiativa dos aerossóis de queimadas influenciaram a precipitação, que foi suprimida em praticamente todo o continente sul americano. Todas estas alterações contribuíram para aumentar a destreza do sistema GEOS- S2S-2 em prever a temperatura da superfície e a precipitação, sobre algumas regiões da AS. O impacto do método de prescrição das emissões dos aerossóis de queimadas foi expressivo para a destreza do sistema numérico de previsão. As áreas identificadas com destreza útil foram expressivamente aumentadas, quando as emissões foram fornecidas a partir de estimativas diárias. No entanto, investigações de novas alternativas para a representação de emissões dos aerossóis de queimadas ainda são necessárias para melhor avaliar o potencial da inclusão dos aerossóis no aumento da destreza das previsões climáticas 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.
%@language pt
%3 publicacao.pdf