Forçante radiativa natural e antrópica - plutao:80

Transcrição

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Fo r ç a n t e r a d i at i va
n at u r a l e a n t r ó p i c a
Autores Principais
Alexandre L. Correia - USP
Marcia A. Yamasoe - USP
Autores Colaboradores
Henrique M. J. Barbosa - USP; Simone S. Costa - INPE;
Luiz Augusto T. Machado - INPE; Aline S. Procópio - UFJF;
Rita Y. Ynoue – USP.
Autores Revisores
Juan C. Ceballos - INPE; Marcelo P. Corrêa - UNIFEI;
Maria Assunção F. Silva Dias - USP; Fernando R. Martins – INPE.
276 Painel brasileiro de mudanças climáticas
Sumário executivo
O clima é controlado por diversos fatores, chamados agentes climáticos, que podem ser naturais ou originados de
atividades humanas (antrópicos). Um certo agente climático pode contribuir para a-quecer o planeta, como por
exemplo os gases de efeito estufa antrópicos, enquanto outro agente pode tender a resfriá-lo, como as nuvens. Ao
tomador de decisões seria conveniente conhecer qual a influência quantitativa de cada agente climático. Por exemplo,
conhecer qual a contribuição de cada agente para as variações de temperatura na superfície do planeta, ou mesmo
no Brasil. No entanto, os modelos climáticos que constituem o estado da arte atual, no mundo todo, ainda precisam
de anos de desenvolvimento para que forneçam resultados confiáveis e consistentes para previsões de mudanças
climáticas: ainda há grandes divergências entre previsões de temperatura, cobertura de nuvens, precipitação, etc.,
elaboradas com modelos diferentes.
O conceito de forçante radiativa, definida no Painel S1, é um passo intermediário que não necessita, em princípio,
de modelos climáticos para seu cálculo, por isso os valores de forçante radiativa po-dem ser mais objetivamente
interpretáveis. Uma forçante radiativa positiva significa que um agente tende a aquecer o planeta, ao passo que
valores negativos indicam uma tendência de resfriamento. Uma inconveniência do conceito de forçante radiativa é
que em geral ela é expressa em termos de Wm-2 (Watt por metro quadrado), que é uma unidade menos familiar
que graus Celsius, por exem-plo. Se um agente climático representa uma forçante radiativa de +2 Wm 2, isso indica
que ele ten-de a aquecer o planeta. Uma vez determinado o valor da forçante radiativa de um agente, pode-se usar
esse valor em modelos climáticos que procurarão traduzi-lo, por exemplo, como mudanças de temperatura à superfície, ou mudanças no volume de chuvas, etc. Como os modelos climáticos ain-da apresentam resultados bastante
divergentes, um mesmo valor de forçante pode dar origem a dife-rentes previsões, dependendo do modelo climático
escolhido e das condições em que ele é utilizado. É nesse contexto que o conceito de forçante radiativa oferece um
meio de comparação entre dife-rentes agentes climáticos, independentemente da precisão dos modelos climáticos
atuais. A quanti-ficação numérica da intensidade da forçante radiativa permite ao tomador de decisão visualizar quais
os agentes mais significativos, classificando-os por ordem de magnitude relativa. Calcular a forçante radiativa de um
agente climático é como definir uma escala padrão, que permite a possibi-lidade de se estimar a intensidade de sua
perturbação sobre o clima, para algum local ou região do globo.
Forçante radiativa natural e antrópica 279
Painel S1 – Definição de forçante radiativa
A forçante radiativa devido a um agente climático é definida como a diferença em irradiância líquida na tropopausa, entre um estado de referência e um estado perturbado devido
Tabela S1 – Quantificação da forçante radiativa do aerossol antrópico, da mudança no uso do solo e do
efeito radiativo de nuvens sobre o Brasil e a América do Sul.
Agente
Am azô n i a
Nuvens
ao agente climático. As temperaturas de superfície e da troposfera são mantidas fixas, mas
permite-se que a estratosfera atinja o equilíbrio radiativo. O estado de referência pode ser
a ausência do agente climático, ou seu impacto em uma dada situação ou época, como por
R egião
Uso do Solo
Am azô n i a
Am azô n i a
exemplo no início da Revolução Industrial (ca. 1750), adotado pelo IPCC, Intergovernmental
Am azô n i a
Panel on Climate Change (Forster et al., 2007).
Am azô n i a
Além de agentes climáticos independentes, ocorrem também situações de interdependência entre agentes,
chamados processos de retroalimentação, que tornam ainda mais complexa a compreensão de qual o efeito climático
final de um certo agente. Alguns agentes climáticos podem influenciar o ciclo hidrológico. Por exemplo, alguns pesquisadores afirmam que a fumaça emitida em queimadas na Amazônia pode alterar o funcionamento natural das nu-
Atl ân ti co tro p i cal
Aerossol antrópico
Efeito Direto
vens, diminuindo o volume de chuvas que essas nuvens podem produzir. Se isso acontece, então a menor ocorrência
Am éri ca d o Su l
de chuvas pode favorecer a ocorrência de um número ainda maior de queimadas, e assim se estabelece um ciclo de
Am azô n i a
retroali-mentação. Em tais ciclos de retroalimentação, as relações de causa e efeito são complexas, e por esse motivo
a avaliação do impacto sobre o clima é denominada efeito radiativo, e não uma forçante radiativa. Essa distinção é
Fl o res ta
É importante levar em consideração escalas de tempo e espaço. Mudanças climáticas que ocorrem em longo
escala de centenas de anos as mudanças orbitais são virtualmente irrele-vantes, e outros fatores predominam. Um
exemplo é a influência antrópica sobre o clima devido à emissão de gases de efeito estufa, que vem causando um
de temperatura global, que são grandezas utilizadas para padronizar uma metodologia de comparação, e que per-
Aerossol antrópico
Efeitos indiretos
(Wm -2 )
[-110 ; -5 0 ]
SUP,24he
-76
T D A, 2 4 h e
+2 6
TDA
-2 3 , 7 ±2 , 8
SUP,24he
-7 , 3 ±0 , 9
SUP,24hd
-3 9 , 5 ±4 , 2
AT M, 2 4 h
+31, 2 ±3 , 6
d
T D A, 2 4 h d
-8 , 3 ±0 , 6
T D A, 2 4 h e
-16 , 5
T D A, 2 4 h e
-1, 8
AT M, 2 4 h e
+2 , 9
T D A, 2 4 h
[-8 ; -1 ]
SUP,24h
[-3 5 ; -10 ]
T D A an u al
[-1, 0 ; -0 , 2 ]
TDA
-13 , 0 ±3 , 9
T D A, 2 4 h
-7 , 6 ±1, 9
T D A, 2 4
-6 , 2 ±1, 9
T D A, 2 4 h c
al b
-0 , 70 ±0 , 4 5
Global,
sobre continentes
T D A, 2 4 h c
al b
-1, 9 ±1, 3
T D A, 2 4 h e
al b
-1, 5
T D A,
2 4 h e, i n d
-9 , 5
mitem estimar quantitativamente os efeitos de diferentes agentes climáti-cos. O capítulo apresenta uma revisão bibli-
Am éri ca d o Su l
T D A, 2 4 h i n d
[-5 ; +2 0 ]
ográfica de estudos recentes, efetuados sobre o Brasil ou sobre a América do Sul, que identificaram alguns dos prin-
Am éri ca d o Su l
T D A, an u al
ind
[-0 ,10 ; -0 , 0 2 ]
cipais agentes climáticos naturais e antró-picos atuantes no país. Embora a intenção fosse apresentar, em números, a
[-5 , 0 0 ; -0 , 0 5 ]
contribuição para a for-çante radiativa atribuída aos diferentes agentes, a inexistência de trabalhos científicos no país
Am a zô n iza
T D A, 2 4 h c
-9 , 8
T D A, 2 4 h
e
-11, 3
SUP,24h
e
-8 , 4
para vários deles trouxe outra dimensão ao capítulo.
Os efeitos climáticos mais significativos em escalas de dezenas a centenas de anos, no Brasil, são os efeitos radiativos de nuvens, a forçante radiativa dos gases de efeito estufa, a forçante de mudança de uso do solo, e a dos aerossóis (fumaça) emitidos em queimadas por fontes antrópicas. A Tabela S1, discutida em detalhe no texto do capítulo,
apresenta uma compilação de resultados, encontrados na literatura científica, sobre os principais efeitos radiativos de
agentes climáticos no Brasil.
Total aerossóis
e nuvens
Am ér ica d o Su l
R eferência
Mode l o c l i mát i c o, s at é l i t e
Betts et a l., 200 9
Mo d el o cl i m áti co
M iller et a l., 2011
S atél i te, m o d el o
rad i ati vo
Sena et a l., 2011
Sen s . rem o to , m o d el o
rad i ati vo
Pr ocópio et a l.,
200 4
Mo d el o cl i m áti co ,
m ed i d as i n -s i tu
L iu, 2005
rad i ati vo
Ka ufma n et a l.,
2005
s atél i te
Zha ng et a l., 200 8
S atél i te
Qua a s et a l., 200 8
rad i ati vo
Pa ta dia et a l., 200 8
rad i ati vo
Sena et a l., 2011
R e vi s ão d a l i teratu ra
L ohma nn e Feichter , 2005
S atél i te, m o d el o rad i ati vo
Ka ufma n et a l.,
2005
s atél i te
S atél i te
L iu, 2005
rad i ati vo
Ka ufma n et a l.,
2005
s atél i te
-4 , 6 ±1, 6
Hem i s féri o Su l
Fonte Dados
-5 , 6 ±1, 7
h
Cerrad o
prazo, em escalas de milhares a milhões de anos, são controladas por variações orbitais do planeta. No entanto, numa
Este capítulo apresenta a definição formal de forçante radiativa, do potencial de aquecimento global e do potencial
SUP, 24h
e
Am azô n i a
utilizada de forma rigorosa neste capítulo.
aumento anômalo da temperatura média na superfície do planeta.
Am éri ca d o Su l
Condição a Valor b
T D A, 2 4 h
[-10 ; +15 ]
SUP,24h
[-3 5 ; -5 ]
a) Indica a posição vertical na coluna atmosférica (TDA: topo da atmosfera; SUP: superfície; ATM: coluna atmosférica) para a estimativa em questão, o domínio temporal de cálculo
(valor instantâneo, média de 24h ou média anual), e o componente do efeito indireto analisado (alb: albedo; ind: total dos efeitos indiretos); b) Valores entre colchetes indicam
intervalos de mínimo e máximo apresentados nas referências. Quando disponíveis, as incertezas apresentadas pelos autores são indicadas; c) Domínio temporal presumido (não
informado explicitamente na referência); d) Estado de referência com profundidade óptica de aerossóis de 0,11; e) Estado de referência com profundidade óptica de aerossóis de 0,06.
Nuvens exercem um efeito radiativo natural, mas suas propriedades podem ser alteradas pela ação humana
virtualmente “permanente” (i.e., a maioria das áreas degradadas em geral não volta a ser recomposta como floresta
(e.g., efeitos indiretos de aerossóis, mudança de propriedades da superfície, entre outros). Essas alterações podem
primária), enquanto aerossóis de queimada têm vida média da ordem de dias. Essas observações indicam a neces-
envolver processos de retroalimentação, com possíveis impactos sobre o ciclo hidrológico, causando alterações na
sidade de se realizar estudos mais aprofundados sobre essa forçante originada nos processos de mudança de uso
disponibilidade de água doce, ou na frequência de ocor-rência de eventos extremos de precipitação, como secas ou
do solo, em especial incluindo-se o efeito da urbanização histórica e da expansão agropecuária em nível nacional e
tempestades severas. Os resultados compilados neste capítulo mostram que as nuvens constituem o agente climático
em várias escalas temporais.
mais importante do ponto de vista de balanço de radiação sobre a Amazônia, reduzindo em até 110 Wm-2 a radiação
Aerossóis também interagem com nuvens, modificando suas propriedades. As nuvens modificadas, por sua vez,
à superfície, e contribuindo com cerca de +26 Wm-2 no topo da atmosfera. Isso significa que as nuvens na Amazônia
interagem com a radiação solar. Dessa forma, define-se a forçante indireta (i.e., media-da pela interação com nuvens)
atuam causando em média um resfriamento da superfície, mas um aquecimen-to do planeta. Cabe ressaltar que o
de aerossóis. As estimativas de forçante radiativa para os efeitos in-diretos de aerossóis encontradas na literatura
modo como os estudos consideram as nuvens distribuídas na vertical desempenha um papel fundamental nos resul-
apresentaram uma ampla gama de valores. A maioria dos resultados tem sinal negativo, variando entre cerca de -9,5
tados obtidos: nuvens altas tendem a contribuir com um efeito de aquecimento do planeta, enquanto nuvens baixas
a -0,02 Wm-2 para diferentes tipos de superfície, indicando condições de resfriamento climático. Este é um tópico
tendem a resfriá-lo. Desse modo, é importante destacar que esse resultado não pode ser automaticamente estendido
que ainda necessita de mais estudos de caracterização e verificações independentes, para que esse componente da
para outras regiões, com padrões de nuvens e características de superfície diferentes da região amazônica.
for-çante antrópica sobre o Brasil possa ser adequadamente representado em modelos climáticos.
No Brasil, a principal fonte de gases de efeito estufa e aerossóis antrópicos é a queima de biomassa, utilizada
Não foram encontrados trabalhos avaliando a forçante radiativa no Brasil devido ao aerossol de origem urbana, ao
como prática agrícola ou na mudança da cobertura do solo. Como técnica agrícola, as queimadas são empregadas no
aerossol natural de poeira oriunda da África, ou de erupções vulcânicas, nem à formação de trilhas de condensação
combate a pragas e na limpeza de lavouras, com objetivo de facilitar a colheita, como no caso do cultivo da cana-de-
pelas atividades da aviação comercial. Essas forçantes radiati-vas, por ora desconhecidas, podem, ou não, serem com-
açúcar. O uso de queimadas para alteração do uso do solo é observado especialmente na região amazônica. No caso
paráveis àquelas devido a gases de efeito estufa e aerossóis antrópicos. Os trabalhos analisados na elaboração deste
dos gases de efeito estufa, grande parte do esforço das pesquisas no Brasil atualmente se concentra na elaboração de
capítulo evidenciam a existência de lacunas significativas em estudos de forçantes radiativas no Brasil. Conhecer com
inventários de emissão. Não se encontram na literatura científica estimativas de cálculos da forçante radiativa des-ses
precisão a magnitude dessas forçantes, e aprimorar a compreensão de seus impactos, resultarão em melhorias nos
gases, considerando as condições das emissões brasileiras.
modelos de previsão de tempo e clima. Tais modelos são ferramentas importantes para instrumentalizar a tomada de
Aerossóis antrópicos, emitidos principalmente em queimadas, podem absorver e refletir a luz do Sol. Essa in-
decisões políticas e econômicas diante das mudanças climáticas que vêm atuando no país.
teração direta entre aerossóis e a luz (radiação) solar define a forçante radiativa direta de aerossóis. Vários estudos
quantificaram essa forçante de aerossóis antrópicos, sobretudo na Amazô-nia. Uma média ponderada de alguns dos
resultados compilados neste capítulo resultou em uma forçante radiativa de -8,0±0,5 Wm-2, indicando que, em média, a fumaça emitida em queimadas contribui para resfriar o planeta, contrapondo-se parcialmente ao aquecimento
causado por gases de efeito estufa antrópicos. É muito importante, no entanto, ressaltar que aerossóis e gases têm
escalas de tempo e espaço muito diferentes: enquanto gases de efeito estufa tendem a se espalhar aproxi-madamente
de modo uniforme sobre o planeta, e têm tipicamente vida média de centenas de anos, aerossóis emitidos em queimadas na Amazônia espalham-se sobre grande parte do continente da América do Sul, e têm vida média de dias (são
removidos da atmosfera e depositam-se sobre a su-perfície). Assim, a comparação das forçantes de aerossóis e gases
não pode ser feita diretamente.
As mudanças antrópicas no uso do solo, como por exemplo o processo de longo prazo de urbaniza-ção das
cidades brasileiras, ou a conversão de florestas para a agropecuária na região amazônica desde 1970, resultaram em
modificações de propriedades da superfície vegetada como, por exem-plo, o albedo (refletividade da superfície). No
caso da Amazônia, em geral, substitui-se uma super-fície mais escura (floresta), por superfícies mais brilhantes (e.g.,
plantações, estradas, construções, etc.), o que implica em uma maior fração da luz solar sendo refletida de volta ao
espaço. Encontrou-se um trabalho sobre a mudança de albedo em regiões desmatadas desde 1970 na Amazônia,
que estimou em 7,3±0,9 Wm-2 a magnitude dessa forçante antrópica. Note-se que esse valor é seme-lhante à
forçante de aerossóis antrópicos, porém, é importante salientar que o desmatamento na Amazônia tem caráter
7.1
I ntr o d u ç ã o
7.1.1 O b j etivos e estrutura do capítulo
bém interagem indiretamente com a radiação solar, cau-
de retroalimentação (cf. seção 7.1.2). Esses efeitos são, no
sando a mo-dificação de propriedades de nuvens que, por
en-tanto, discutidos neste capítulo, uma vez que esforços
sua vez, exercem efeitos radiativos sobre o clima (e-feitos
buscando sua quantificação são relevantes para estudos
radiativos indiretos de aerossóis). O efeito sobre o albedo
climáticos sobre o Brasil.
de nuvens, também conhecido co-mo efeito Twomey ou
Este capítulo também discute a quantificação de efeitos
Este capítulo discute estimativas da forçante radiativa e
peratu-ras na superfície do planeta) originada da emissão
primeiro efeito indireto de aerossóis, refere-se à influência
da química atmosférica sobre a concentra-ção e a distri-
efeitos radiativos sobre a atmosfera e a su-perfície, causa-
de gases de efeito estufa (GEE) são, portanto, relevantes
exercida por uma população aumentada de partículas de
buição espacial de aerossóis e GEE, que constituem os mais
dos por agentes naturais e antrópicos sobre o Brasil.
para o país devido ao potencial impacto de grande es-
aerossóis, que causa a redução do raio efetivo de gotas
relevantes agentes antrópi-cos de forçante climática sobre o
Resultados de medições in situ, inferências obtidas com
cala dessas emissões. Mudanças do uso do solo na Bacia
de nuvens, sob a condição de manter-se fixo o conteúdo
Brasil. Modelos numéricos regionais como o CATT-BRAMS
sensoriamento remoto e esforços de modelagem são
Amazônica também causam uma forçante radiativa devido
de água líquida em uma nuvem (Twomey, 1974). Gotas
(Coupled Aerosol and Tracer Transport model to the Brazil-
considerados. As dis-cussões deste capítulo abarcam esti-
à mudança do al-bedo de superfície. Em geral, essa mu-
de nuvens menores resultam em nuvens mais brilhantes
ian developments on the Regional At-mospheric Modeling
mativas para condições presentes. Observações climáticas
dança parte de uma condição de floresta, representada por
quando observadas do espaço, se comparadas a nuvens
System) (Freitas et al., 2011; Longo et al., 2010) têm sido de-
sobre o passado são discutidas no capítulo 5 e cenários
baixo albedo, que é transformada em uma pastagem ou
não perturbadas. Isso resulta em um aumento líquido do
senvolvidos par-ticularmente ao longo da última década para
futuros de impacto climático são abordados no capítulo 9.
plantação com albedo mais elevado que o original. Mu-
albedo de nuvens que corresponde a uma forçante radia-
a incorporação de processos físicos e químicos especí-ficos
O capítulo se inicia com a definição do conceito de
danças de temperatura, umidade, e fluxos de calor latente
tiva negativa, ou um efeito de resfriamento sobre o clima,
para o país, procurando reproduzir as complexas trocas de
forçante radiativa, explicando as sutilezas en-volvendo
e sensível são também con-sequências de atividades de
já que uma maior fração da radiação solar é espalhada de
energia, matéria e momento através do sistema acoplado
essa definição, e o tipo de caracterização a ser considerada
mudança do uso do solo, mas não podem ser definidos
volta ao espaço. O efeito de aumento do tempo de vida
superfície-atmosfera no Brasil. O modelo trata fontes e sumi-
quando se comparam diferen-tes estimativas da forçante
como agentes de forçante radiativa, uma vez que essas
médio de nuvens (efeito Albrecht, ou segundo efeito indi-
douros de aeros-sóis e GEE, levando em consideração pa-
radiativa para um agente climático. O capítulo então aborda
modificações são consideradas parte da resposta climática
reto de aerossóis) postula que nuvens com gotas menores
drões de uso da terra e modelos de emissão devido à com-
a importân-cia da forçante radiativa devido às variações
(cf. definição de forçante radiativa na seção 7.1.2 ).
são menos eficientes na produção de precipitação, resul-
bustão de biomassa, a maior fonte de aerossóis antrópicos e
climáticas naturais, tais como a intensidade da ativida-de
Aerossóis emitidos em atividades de queima de bio-
tando numa extensão de seu tempo de vida médio, que
GEE no país. Esses esforços tornam possíveis investigações
solar e o impacto de erupções vulcânicas, assim como a
massa no Brasil, e particularmente na Amazônia e região
contribui com um efeito de resfriamento sobre o clima,
de padrões espaciais e temporais da forçante radiativa devido
forçante de gases e aerossóis emitidos naturalmente por
central do país, são transportados até grandes distâncias
uma vez que mais radiação é espalhada de volta ao espaço
a essas duas classes de agentes climáticos, permitindo um
florestas, oceanos e a superfície terrestre. Efeitos radiativos
das localidades originárias dos focos de incêndio. A fumaça
devido ao maior período em que a nu-vem está presente
melhor conhecimento de seu impacto em escalas regi-onais.
importantes, tais como aqueles devidos às variações orbitais
cobre milhões de km2 todos os anos, por cerca de 3 a 4
(Albrecht, 1989). O efeito semidireto de aerossóis indica
O capítulo trata da quantificação de métricas de emissão
e ao efeito radiativo de nuvens, também são discutidos.
meses durante a estação seca (agosto a novembro) (Frei-
que a absorção e o espa-lhamento de radiação solar por
para GEE no Brasil. Essas métricas permi-tem definir um
A forçante radiativa antrópica associada aos diversos
tas et al., 2009a; Martin et al., 2010; Pereira et al., 2009).
aerossóis podem modificar o perfil de temperatura e de
arcabouço numérico comum contra o qual o impacto de
agentes climáticos recebe ênfase destacada, uma vez que
Aerossóis de queimadas interagem diretamente com a
umidade na atmosfera, além de propriedades de superfície
diferentes emissões de GEE pode ser avaliado e apoiar a
muito da literatura disponível cobre esse tópico. A mudan-
radiação solar por absorção e espalhamento (efeitos radia-
como temperatura e fluxos de umidade, calor sensí-vel e
definição de políticas climáticas por tomadores de decisões.
ça no uso do solo é a princi-pal responsável pela emissão
tivos diretos de aerossóis). Dependendo de características
latente (Hansen et al., 1997). As características alteradas da
O potenci-al de aquecimento global (GWP, da sigla em in-
antrópica de CO2 no Brasil, fazendo com que o país seja at-
físicas e químicas das partí-culas de aerossóis e das pro-
atmosfera e da superfície acarreta-riam então modificações
glês) é uma métrica de emissão que mede quanto um dado
ualmente um importante emissor mundial desse gás (Cerri
priedades de refletância da superfície, o efeito direto dos
em escala micro e macrofísica de propriedades de nuvens,
volume de um GEE contribui fisicamente para o aquecimen-
et al., 2009). Represas e barragens construídas para a ge-
aerossóis pode exercer uma forçante radiativa significativa
que por sua vez induziriam efeitos climáticos. Ambos os
to global. Essa métrica é uma me-dida relativa que compara
ração de energia hidroelétrica contribuem com a emissão
no topo da atmosfera. Em geral, isso representa um e-feito
efeitos, sobre a vida média de nuvens e o efeito semidireto,
o potencial de aquecimento de um gás àquele causado por
de CH4, devido à decomposição de matéria orgânica em
líquido de resfriamento sobre o Brasil que se opõe par-
não podem ser considerados agentes de forçante radiativa,
um mesmo volume de um gás de referência, tipicamente
vastas áreas alagadas (Fearnside, 2004; Rosa et al., 2004).
cialmente ao aquecimento induzido por emissões de GEE,
uma vez que implicam em modificações de características
o CO2. Um intervalo de tempo (e.g., 100 anos) deve ser
A quantificação e o monitoramento da forçante antrópica
embora as escalas temporais e espaciais de vida média de
atmosféricas e de superfície, as quais têm impacto sobre
definido para o cálculo do GWP. O potencial de temperatura
positiva (i.e., aquela que favorece um aumento das tem-
aerossóis e gases sejam muito diferentes. Aerossóis tam-
o ciclo hidrológico, le-vando inevitavelmente a processos
global (GTP, da sigla em inglês) indica como a emissão de
um dado GEE pode modificar a média global da tempera-
recentes sobre a forçante radiativa natural e antrópica, e
média global pode ser calculada pela multiplicação de um
radiação; assim, uma distinção sobre o regime radiativo de
tura da superfí-cie, também usando um gás específico para
efeitos climáticos sobre o Brasil. Recomendações de tópi-
coeficiente linear (o parâmetro de sensibilidade climática)
ondas curtas, ondas longas1 ou um intervalo específico de
comparação, usualmente tomando o CO2 como referên-
cos que necessitam de maior cobertura e considerações
pela FR devido a um dado agente e, em princípio, a eficácia
comprimento de onda deve ser discutido. É possível definir
cia (Shine et al., 2005).
para próximos pas-sos em pesquisas são indicados, procu-
de diferentes agentes pode então ser comparada. Entretan-
ainda a forçante à superfície ou um perfil atmosférico da for-
rando reduzir as incertezas que são mais relevantes para
to, em geral as comparações não são diretas, uma vez que
çante para um agente, mas, apesar dessas definições serem
estu-dos climáticos no Brasil.
os padrões espaciais e temporais da FR global podem difer-
úteis para a quantificação de saldos de energia na interface
ir significativamente entre agentes. O conceito de FR tem a
superfície-atmosfera, elas não podem ser diretamente com-
limitação de não descrever a resposta climática completa
paradas aos valores de FR que se referem estritamente à
devido a certo agente. Porém, por outro lado, os modelos
região da tropopausa (Forster et al., 2007). A FR de um
O capítulo conclui com observações finais e considerações, resumindo os principais resultados de pesquisas
7.1.2 O conceito de forçante radiativa
O Quarto Relatório de Avaliação do IPCC (IPCC AR4) define
bado para o agente forçante. Avaliações da FR feitas com
climáticos necessários para se avaliar tal resposta climática
agente pode ainda ser avaliada instantaneamente, ou em
o conceito de forçante radiativa (FR) como a diferença em
definições diferentes sobre o estado de referência resultam
ainda têm grandes divergências. Assim, ultimamente, o
médias temporais diárias, mensais, ou considerando outros
irradiância líquida na tropopausa, em unidades de Wm-2,
em valores diversos para a mesma forçante, portanto qual-
conceito de FR, por ser mais simples que a resposta climáti-
intervalos de tempo. A variabilidade espacial da FR pode ser
entre um estado de referência e um estado perturbado. A
quer comparação entre estimativas da FR deve esclarecer
ca, representa, na verdade, uma ferramenta mais confiável
avaliada para uma região específica, ou uma estimativa glob-
perturbação ocorre pela ação de um agente forçante en-
se a mesma referência foi utilizada.
para se medir e comparar os efeitos de agentes climáticos.
al da FR pode ser estimada. É portanto necessário destacar
quanto as temperaturas de superfície e da troposfera são
A definição da FR delineada acima exclui processos de
Outras considerações devem ser levadas em conta ao se
possíveis divergências na metodologia usada para o cálculo
mantidas fixas, mas permitindo-se que a estratosfera atinja
retroalimentação em estimativas de forçante, uma vez que
comparar diferentes avaliações da FR de um agente climáti-
de médias temporais e espaciais quando se comparam dife-
o equilíbrio radiativo (Forster et al., 2007). O relaxamento
esses processos envolvem mudanças (i.e., respostas do
co. Em geral, a FR depende do comprimento de onda da
rentes avaliações da FR.
da temperatura estratosférica é importante em processos
sistema) em propriedades atmosféricas ou de superfície,
que modificam o perfil de temperatura nessa camada da
que levam a modificações no agente em si. A distinção
atmosfera (e.g., FR devido à redução de ozônio estratos-
entre o quê exatamente constitui um agente forçante do
férico) (Haywood e Boucher, 2000). Por exemplo, uma
clima, e o que são as respostas climáticas ou processos de
forçante negativa indica um maior fluxo de energia deix-
retroalimentação, pode estar sujeita a debate na comuni-
ando o Sistema Terrestre na tropopausa em um estado
dade científica (Forster et al., 2007). Respostas do sistema
O clima do Sistema Terrestre é controlado por diversos
razão de mudanças da geometria orbital. Mudanças solares
perturbado devido a um agente climático, comparado ao
climático e sua retroalimentação exercem um papel funda-
agentes e processos naturais, envolvendo relações com-
internas ou externas (e.g., ciclo de 11 anos do vento solar)
estado de referência. Com isso, tal agente representaria
mental e precisam ser levados em consideração quando
plexas entre subsistemas e efeitos de retroalimentação.
contribuem também modificando a irradiância descen-
um efeito líquido de resfriamento sobre o clima, enquanto
se pretende avaliar cenários climáticos completos e seus
Alguns agentes climáticos natu-rais atuam modificando a
dente na tropopausa e represen-tam, assim, uma FR im-
um agente com FR positiva indica um efeito de aqueci-
padrões espaciais e temporais. No entanto, não são con-
irradiância líquida na tropopausa. Assim, é possível definir
portante em escalas de dezenas a centenas de anos (Laut,
mento climático. A escolha de um estado de referência
siderados agentes de FR neste capítulo, assim como não o
para tais agen-tes uma FR natural sobre o Sistema Ter-
2003; Tinsley, 2008). Há estudos que buscam quantificar a
pode ser subjetiva, sendo que alguns autores definem a
são no IPCC AR4. Pode-se discutir o efeito radiativo devido
restre, para os quais o estado de referência em geral é
influência de raios cósmicos na nucleação de partículas de
era pré-industrial, ou então o ano de 1750, como tal estado
a uma resposta climática iniciada por um agente climático,
consi-derado como a ausência do agente em questão, ou
aerossóis na atmosfera, com impacto sobre a microfísica de
(e.g., IPCC AR4). Uma caracterização climática da era pré-
mas é importante distinguir esse termo do conceito de
uma estimativa de sua condição na era pré-industrial.
nuvens, e portanto sobre o clima (e.g., Dorman, 2006; Eng-
industrial depende, no entanto, de um conjunto de hipó-
FR (Haywood e Boucher, 2000). Neste capítulo os termos
A importância relativa entre as várias FR naturais de-
hoff et al., 2011). No Brasil, há ainda uma lacuna no estudo
teses e considerações para sua modelagem e, necessaria-
efeito radiativo e forçante radiativa são empregados rig-
pende da escala de tempo considerada. Em escalas de mil-
de efeitos de raios cósmicos sobre o clima, e em particular
mente, essa escolha carrega certo grau de arbitrariedade.
orosamente seguindo a definição acima, em acordo com o
hares a milhões de anos, o principal agente climático natural
da quantificação dessa FR natural.
Outra opção é considerar a completa ausência do agente
utilizado pelo IPCC AR4.
são as variações orbitais, que contribuem com uma FR pela
Na ausência de perturbações antrópicas, a influência
modificação da irradiância descendente na tropopausa em
de emissões de gases e aerossóis por florestas, solos (aero-
forçante como estado de referência (e.g., atmosfera sem
A utilidade do conceito de FR vem da ideia de lineari-
aerossóis quando se avalia a FR de aerossóis), ou ainda
dade entre a resposta climática e a forçante. Nesse modelo
alguma definição de um nível “natural” ou não pertur-
simplificado, uma mudança na temperatura da superfície
7.2
Fo r ç ant e r ad iat iva nat u r al
1. Termos em geral utilizados ao se referir à radiação solar e à radiação terrestre, respectivamente.
ssóis minerais) e pela superfície oceânica traduz-se em uma
seções, não buscaram estimar sua contribuição para a FR
FR natural, pela interação desses aerossóis e gases com a
natural, mas inferir sua influência sobre partes isoladas do
radiação solar. Em regiões da floresta amazônica foram iden-
sistema climático brasileiro. Alguns trabalhos, por exemplo,
tificadas partículas de aerossol natural provenientes de áreas
es-tudaram as variabilidades observadas na quantidade de
desérticas na África (Ben-Ami et al., 2010), o que pode ter in-
precipitação (Souza Echer et al., 2008) e na espessura de ané-
fluências na biogeoquímica da região amazônica, mas tam-
is de crescimento de árvores (Nordemann et al., 2005; Rigozo
bém apresentar uma FR com impacto importante em esca-
et al., 2007, 2008), considerando distintas escalas temporais.
las de tempo geológicas, apesar de não haver quantificações
Esses trabalhos avaliaram principalmente a influência de
dessa forçante. Emissões vulcânicas de gases e aerossóis ex-
variações na irradiância solar através da análise de manchas
ercem uma FR natural devido à absorção e ao espalhamento
solares sobre as variáveis estudadas. A influência das partícu-
de radiação solar, podendo modificar o equilíbrio radiativo
las de aerossol natural sobre o clima acontece tanto do ponto
da atmosfera globalmente após grandes erupções (Gleckler
Tabela 7.1 – Irradiância média mensal incidente no topo da atmosfera a 0º, 30º S e 60º S para os meses de
junho e dezembro, e valores mínimos e máximos observados em diferentes períodos.
EQUADOR
Junho
Dezembro
Qu a n d o
(x 1000 a n o s )
Qu a n to (Wm - 2 )
Qu a n d o
(x 1000 a n o s )
Q uant o ( W m -2 )
Atu a l
38 4,5
a tu a l
410 , 7
-1
383,6
a
- 11
380,2a
- 11
410,7 b
-22
414 , 6 b
de vista radiati-vo, quanto por afetar o ciclo biogeoquímico
-20 9
357,9 c
-95 9
3 57 , 4 c
et al., 2006), inclusive com impactos sobre a precipitação
de alguns elementos essenciais ao ecossistema terrestre. Do
- 6 00
445,1 d
-970
4 4 5 ,1 d
(Tren-berth e Dai, 2007). Os efeitos dessas emissões podem
ponto de vista de ciclos biogeoquímicos, estudou-se o aporte
durar de meses até décadas (Gleckler et al., 2006), porém
de minerais a partir do transporte de poeira do deserto do
ainda não são encontrados trabalhos mostrando estimativas
Saara para a região amazônica (Ansmann et al., 2009; Ben-
dessa FR natural no Brasil.
Ami et al., 2010; Huang et al., 2010). A quantificação da FR
Até a presente data, os estudos efetuados no Brasil sobre
agentes climáticos naturais, a serem discu-tidos nas próximas
exercida por agentes naturais sobre o Brasil constitui, assim,
um tópico ainda incipiente na literatura científica.
7.2.1 E feitos climáticos orbitais
30ºS
Junho
Dezembro
Qu a n d o
(x 1000 a n o s )
Qu a n to (Wm - 2 )
Qu a n d o
(x 1000 a n o s )
Q uant o ( W m -2 )
Atu a l
212,6
a tu a l
506,6
-2
210,7 a
-12
474,1 a
-12
223,3 b
-1
5 07 , 5 b
Para ilustrar o impacto causado pelas variações da órbita ter-
ao ciclo de apro-ximadamente 11 anos da atividade solar. Na
- 210
193,7 c
-6 00
439,3c
restre ao redor do sol, cuja teoria foi proposta por Milanko-
Tabela 7.1, são comparados, para cada latitude, os va-lores
-6 00
251,8 d
-20 9
546,8d
vitch em 1941, a Tabela 7.1 apresenta valores da irradiância
médios de irradiância solar para o milênio atual, os valores
média incidente sobre uma superfície horizontal no topo
mínimos e máximos mais recentes (isto é, referentes ao cic-
da atmosfera, para os meses de junho e dezembro sobre
lo, de máximo e mínimo, que antecedeu o tempo presente)
as latitudes de 0º (equador), 30ºS e 60ºS, de acordo com
e os valores mí-nimos e máximos observados em toda a
Berger e Loutre (1991)2. Para efetuar as esti-mativas dessa
série de um milhão de anos, nos meses considerados. Para
tabela, Berger e Loutre (1991) adotaram o valor de 1360 Wm
localizar o leitor, é indicado o milênio de ocorrência de cada
Qu a n d o
(x 1000 a n o s )
Qu a n to (Wm - 2 )
Qu a n d o
(x 1000 a n o s )
Q uant o ( W m -2 )
2 para a constante solar3. Embora já mencionado no IPCC
máximo e mínimo. Note-se que, quan-to mais distante do
Atu a l
22,8
a tu a l
508,5
AR4, acrescenta-se, a título de comparação, que os valores
equador, a diferença sazonal é mais significativa do que a
-8
19,9 a
-12
482,3a
médios diários da constante solar oscilaram entre 1363 a
diferença causada pelas variações orbitais num mesmo mês.
-30
31,0 b
-2
511, 9 b
1368 Wm 2 em medições efetuadas com satélites de 1979 a
Cabe ressaltar, obviamente, que as escalas temporais são
- 211
17,0 c
-6 00
433,4c
2003 (Fröhlich e Lean, 2004). Tais variações foram atribuídas
ordens de grandeza distintas.
-6 00
32,0 d
-20 9
558,4d
2. Valores obtidos em ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/paleo/insolation/
3. Irradiância solar incidente perpendicularmente no topo da atmosfera quando a distância Terra-Sol é igual a uma unidade astronômica, ou 1,49598 x 1011m.
60ºS
Junho
Dezembro
a) valor mínimo do último ciclo; b) valor máximo do último ciclo; c) valor mínimo observado no último milhão de anos; d) valor máximo observado no último
milhão de anos.
As variações sazonais, como pode ser visto na própria
No próximo tópico são discutidos alguns efeitos climáti-
Para Pelotas, Gusev e colaboradores (2004) situaram uma
et al. (2007), as árvores analisadas, tanto brasileiras quanto
Tabela 7.1, sempre ocorreram e têm duração de meses,
cos associados às variações na atividade solar. Note-se que
mudança de fase entre 1920 e 1922, e assim a correlação
chilenas, correspondiam ao período entre 1837 e 1994.
ao passo que o efeito das variações orbitais tem duração
vários podem ser os fenômenos climáticos que afetaram as
entre precipitação e manchas solares atingiu pata-mares en-
Finalmente, as árvores analisadas no trabalho de Rigozo
de pelo menos mil anos. Exem-plos de evidências paleo-
variáveis analisadas. Discussões mais aprofundadas sobre as
tre 0,60 e 0,80, significativa ao nível de 0,1%. As fases de
et al. (2008) representaram o período entre 1741 e 2004.
climáticas dos efeitos das variações orbitais no Brasil são
observações de mudanças climáticas sobre o Brasil são dis-
correlação foram distintas para as duas localidades, isto é,
As árvo-res brasileiras foram coletadas em localidades do
discutidos no Capítulo 5.
cutidas no Capítulo 2.
enquanto em Fortaleza no início da série temporal notou-se
sul do país, mais especificamente dos estados de Santa
uma anticor-relação entre o número de manchas solares e
Catarina e Rio Grande do Sul. Os agentes avaliados foram
a precipitação, em Pelotas as duas séries temporais foram
a atividade solar, através do núme-ro de manchas solares,
inicialmente correlacionadas positivamente. A ocorrência de
e o El Niño, a partir do índice de oscilação sul. Os resul-
fases distintas para cada locali-dade, juntamente com a ne-
tados mostraram que as árvores sofreram influência tanto
7.2.2 E feitos climáticos devido a variações da
atividade solar
Souza Echer e colaboradores (2008) analisaram totais anu-
se elevada ao redor de 20 a 22 anos, com duração mais
cessidade de imposições artificiais de mudanças de fase, são
da atividade solar quanto de efeitos mais locais, como o
ais de precipitação em uma escala tempo-ral de cem anos
persis-tente quando comparada ao ciclo de 11 anos.
pontos con-troversos desse estudo de Gusev e colaborador-
El Niño, sendo que as árvores brasileiras são mais sen-
a partir de medidas realizadas na região de Pelotas, Rio
Souza Echer e colaboradores (2008) concluíram que o
es (2004). Essas questões apontam para a necessida-de de
síveis à variação na atividade solar, ao passo que as espé-
Grande do Sul, e utilizaram as técnicas espectral clássica,
principal agente climático a influenciar a variabilidade da
mais investigações visando o estudo dos potenciais mecanis-
cies chilenas apresentaram maior variabilidade associada
de ondeletas e de potência cruzada de ondeletas. A potên-
precipitação observada em Pelotas é o El Niño, com au-
mos físicos que possam explicar os fenômenos observados
aos períodos característicos do El Niño. Vale ressaltar que
cia cruzada indica a escala de alta covariância entre duas
mento da quantidade de precipitação na região durante a
nas interações entre atividade solar e precipitação.
a influência do número de manchas solares diretamente
séries temporais. A série temporal de precipitação co-briu
fase quente do fenômeno. A dependência multilinear sim-
Estudos da influência de agentes climáticos naturais
sobre o crescimen-to das árvores ainda não é bem com-
os anos de 1895 a 1994 e os agentes climáticos naturais
ples entre a atividade solar, El Niño e oscilação quasibienal
sobre a espessura de anéis de crescimento de árvores
preendida. A variabilidade na irradiância solar total, devido
analisados foram o El Niño, a partir do índice de oscilação
explicou apenas 30% da variabilidade observada. Os 70%
também foram baseados em análise espectral e de onde-
ao ciclo de manchas solares, em princípio é desprezível
sul, oscilação quasibienal e atividade solar, esta a partir da
restantes poderiam estar associados a acoplamentos não
letas. Amostras foram coletadas no Brasil e no Chile (Nor-
no que diz respeito à atividade fotossintética e, por esse
série temporal de manchas solares (Rz, com ciclo caracter-
lineares entre a atividade solar, El Niño, oscilação quasibi-
demann et al., 2005; Rigozo et al., 2007) e apenas no Brasil
motivo, argumenta-se sobre a possibilidade de que varia-
ístico de aproximadamente 11 anos, e Rz22, ciclo de apro-
enal e outros fatores ainda passíveis de investigação. No en-
(Rigozo et al., 2008). No estudo de Nordemann e colab-
ções na atividade solar causem alterações no padrão de
ximadamente 22 anos, também denominado ciclo duplo
tanto, cabe notar que a influência de outros agentes climáti-
oradores, as árvores analisadas tinham cerca de 200 anos
precipitação ou do perfil vertical de temperatura, afetando
de manchas solares). A análise clássica mostrou que a pre-
cos, inclusive antrópicos, não foi considerada pelos autores.
(brasileiras) e 2500 anos (chilenas). No trabalho de Rigozo
indiretamente o crescimento das árvores.
cipitação, durante o período coberto pela análise, apresen-
Gusev e colaboradores (2004) estudaram a variabi-
tou vários ciclos de perí-odos curtos, entre 2,2 e 5,6 anos,
lidade da precipitação em três localidades no Bra-sil, em
e períodos de 8,9 a 11,7 anos. A análise de ondeletas iden-
Pelotas, no Rio Grande do Sul, Campinas, em São Paulo, e
tificou um ciclo intermitente com período de aproximada-
em Fortaleza, no Ceará, de 1849 a 2000. Os autores encontr-
mente 2 a 8 anos. A análise de potência cruzada mostrou
aram uma periodicidade bidecadal pronunciada ao longo de
Desde a década de 1980, vários autores discutiram o trans-
foram obtidas durante os anos de 2003 a 2007. Os autores
que a precipitação e a oscilação quasibienal apresentaram
até 150 anos, com correlações significativas com o ciclo solar
porte de poeira do deserto do Saara para a região amazôni-
observaram que a pluma de poeira viaja a uma velocidade
correlação em períodos de 2 a 3 anos de forma contínua
de 22 anos, exceto para Campinas. Gusev e colabo-radores
ca (e.g., Swap et al., 1992), a partir de medidas in situ ou
média de 1000 km por dia e atinge a América do Sul em
ao longo do intervalo temporal analisado. A precipitação e
(2004) advertiram, no entanto, que para se obter tais cor-
a bordo de aeronaves. O artigo de Huang e colaboradores
média uma semana após sua emissão. Os eventos que
o índice de osci-lação sul apresentaram potências cruzadas
relações é necessário impor uma mudança arbitrária da fase
(2010) analisou inferências da profundidade óptica do aer-
atingem a América do Sul são mais frequentes nos perío-
maiores ao redor de 4 a 8 anos, de forma esporádica. O
de correlação entre as séries temporais de precipitação e de
ossol a partir de medições realizadas pelo sensor MODIS
dos de verão e outono no Hemisfério Sul (entre dezembro
número de manchas solares e a precipitação apresentaram
número de manchas solares. Para Fortaleza, os autores im-
(Moderate Resolution Imaging Spectroradiome-ter), a bor-
e maio), e estão relacionados ao movimento sazonal da
elevada potência cruzada ao redor do período de 11 anos
puseram a ocorrência de uma mudança de fase locali-zada
do do satélite Aqua, e de perfis verticais de poeira obtidos
ZCIT (Zona de Convergência Intertropical).
do ciclo solar, embora de forma esporádica. Finalmente,
entre os anos de 1942 e 1945, e com isso a correlação obtida
com o sensor CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared
Ben-Ami e colaboradores (2010) analisaram um even-
com Rz22 a potência cruzada com a precipitação mostrou-
foi de aproximadamente 0,80, significativa ao nível de 0,1%.
Pathfinder Satellite Observation). As imagens analisadas
to de transporte de poeira para a Amazônia entre os dias
7. 2 . 3 E vid ê ncias do aporte de aerossol mineral da
Á frica para o B rasil
11 e 27 de fevereiro de 2008. Nesse estudo analisaram
tidades de aerossol devido à queima de biomassa e,
tropical é o principal mecanismo para exportar o excesso
Terra, Aqua e no satélite equatorial TRMM atualmente em
imagens dos satélites Terra, Aqua, do sensor CALIPSO e a
portanto, grande parte do transporte de poeira chega
de energia para as regi-ões com déficit de energia. Neelin
órbita, e está previs-to também para a próxima geração de
concentração de elementos químicos em amostras cole-
à América do Sul, misturada com a fumaça das quei-
e Held (1987) argumentaram que a divergência do fluxo de
satélites NPP (National Polar-orbiting Operational Environ-
tadas em fil-tros durante o experimento AMAZE-08 (Ama-
madas. Em alguns casos, a contri-buição de partículas
ener-gia no topo da atmosfera foi positiva se os fluxos na su-
mental Satellite System (NPOESS) Preparatory Project). O
zonian Aerosol Characterization Experiment), reali-zado
oriundas das queimadas pode ser maior que a de poeira,
perfície (latente e sensível) foram maiores que o resfriamen-
GERB (Geostationary Earth Radiation Budget) (Harries et
entre 7 de fevereiro e 14 de março de 2008, em um sítio
conforme discutido por Ansmann et al. (2009). Esses au-
to radiativo da troposfera. Os fluxos na superfície são as prin-
al., 2005) é outro sensor do mesmo tipo, a bordo do saté-
experimental localizado a 60 km de Manaus. A partir da
tores estudaram o transporte de partículas de aerossol
cipais fontes de ener-gia estática úmida na camada abaixo
lite MSG (Meteosat Second Generation), sendo o primeiro
emissão, detectada por meio de imagens de satélite, os
de poeira e de queimadas utilizando dois instrumentos
da nuvem. Esses fluxos geram movimentos ascendentes
radiômetro para avaliação do balanço de radiação em um
autores acompanharam a pluma durante o deslocamento
Raman Lidar, um deles instalado em Praia, Cabo Verde,
e for-mam nuvens convectivas, modificando os processos
satélite geoestacionário, portanto, com medidas de grande
sobre o oceano Atlântico, incluindo informações sobre
e o segundo em Manaus, Brasil, também durante o mês
de resfriamento e aquecimento radiativo da atmosfera.
resolução temporal comparadas a medi-das efetuadas em
a profundi-dade óptica do aerossol obtida, ainda sobre
de fevereiro de 2008. Na região de Cabo Verde, a pluma
Esse complexo sistema radiativo é acoplado aos sistemas
satélites polares. A resolução temporal é um aspecto muito
o continente africano, em Ilorin, Nigéria, a partir de um
de aerossóis consiste de várias camadas, atingindo al-
dinâmico e termodinâmico que determinam a dinâmica das
importante no estudo do balanço radiativo do planeta, dado
fotômetro da rede AERONET (Aerosol Robotic Network).
titudes de até 5,5 km. Com a chegada de tais plumas
nuvens. O conhecimento dos processos de interação das
que o tempo de vida médio de nuvens varia entre minutos
Após a chegada da pluma sobre a Ama-zônia, a análise
à região amazônica, a profundidade óptica do aerossol
nuvens com a radiação, e vice-versa, é fundamental para
e horas. Com base nas medidas disponíveis, diversos grupos
elementar dos filtros permitiu a observação do aumento
pode chegar a 0,3 na faixa espectral de 550 nm, com a
simular com precisão os diferentes cenários de mudanças
se esforçaram para compilar resultados globais buscando
das concentrações de me-tais traçadores de poeira, como
pluma distribuída de forma mais uniforme verticalmente
climáticas. Os processos de retroalimentação entre nuvens
avaliar o balanço de radiação do planeta e compreender
Al, Si, Ti, Fe e Mn, em aproximadamente uma ordem de
e com altura máxima de 3,5 km.
e radiação estão relacionados ao tipo de nuvens, à sua inte-
os possíveis efeitos de retroalimentação das nuvens. Dois
ração com aerossóis naturais e antrópicos (cf. seção 7.3.2) e
conjuntos de dados podem ser considerados como os mais
aos processos de for-mação dos diferentes hidrometeoros.
im-portantes à disposição, o ISCCP (International Satellite
magnitude. Finalmente, uma análise de trajetórias obtidas
Nos trabalhos relacionados ao aporte de aerossóis de
com o modelo HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian
poeira de deserto da África para a região ama-zônica, não
Integrated Trajectory) corroborou o trabalho de Koren et
há discussões ou tentativas de se estimar a FR natural
Um aumento da temperatura média do planeta poderia
al. (2006), que indicou a ori-gem das massas de ar sobre a
devido ao impacto desse agente climático. Por outro lado,
gerar uma mudança no comportamento e na distribuição
depressão de Bodélé, na África, uma das mais ativas fontes
uma vez que o aporte de poeira pode conter contami-
das nuvens e de suas propriedades. Tais mudanças podem
Além da observação com o uso de satélites, o efeito
de poeira, cuja emissão é máxima durante os meses de
nação importante de fumaça de queimadas na África, a
ser significativas através de uma retroalimentação positiva
radiativo das nuvens pode ser analisado por intermédio
verão no Hemisfério Sul.
obtenção de uma estimativa da FR natural sobre a região
ou negativa, favorecendo ainda mais o aquecimento, ou
da combinação de propriedades médias das nuvens e da
amazô-nica devido ao transporte de poeira é dificultada
agindo como um termostato, resfriando a temperatura do
atmosfera, e pelo uso de mode-los radiativos. Esses mod-
pela presença desse aerossol de origem antrópica.
planeta de forma a compensar parcialmente o aumento
elos permitem simular o balanço de radiação e estudar
devido aos gases do efeito estufa. Para a análise específica
em detalhes o efeito de cada tipo de nuvem e seus me-
7.2.4 O efeito radiativo de nuvens
do efeito de retroalimentação das nu-vens, foram concebi-
canismos de retroalimentação. Modelos de circulação geral
dos vários sensores orbitais, como o ERBE (Earth Radiation
da at-mosfera (MCGA) descrevem as propriedades físicas
Segundo a definição apresentada na seção 7.1.2, formal-
As nuvens constituem um dos principais componentes
Budget Experi-ment, cf. Barkstrom (1984) para uma de-
da atmosfera, e modelos radiativos acoplados aos MCGA
mente os efeitos radiativos de nuvens não se ajustam à
do sistema climático para a determinação da quantidade
scrição detalhada). Os radiômetros desenvolvidos para esse
permitem avaliar o efeito no clima devido a mudanças an-
definição de FR devido à incidência de processos de ret-
de energia solar absorvida pela superfície terrestre, da ra-
fim medem basicamente a radiação emergente no topo da
trópicas ou naturais. Embora tenha havido um significativo
roalimentação climática através de sua influência sobre
diação térmica emitida para o espaço e dos processos de
atmosfera na banda das ondas curtas (a radiação solar re-
aumento no conhecimento que permitiu desenvolver tais
o ciclo hidrológico. No entanto, esses efeitos radiativos
retroalimentação do sistema climático. Enquanto as nu-
fletida pelo sistema terrestre) e no infravermelho (a radiação
modelos, ainda existem muitas incógnitas para descrever
naturais são fundamen-tais para o clima em escalas de
vens controlam a energia do sistema climático, elas são
emitida pelo sistema terrestre). Atualmente o radiômetro or-
com precisão os processos que controlam a intera-ção da
tempo de décadas a séculos, sendo um dos tópicos que
extremamente dependentes da superfície e das condições
bital que é a referência para esse tipo de estudo é o CERES
radiação solar e térmica com a superfície da terra, atmos-
mais necessi-tam de estudos e avanços conceituais em
at-mosféricas que originam diferentes tipos de nuvens, com
(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System) (Wielicki et
fera e nuvens. Existem incoerências entre observações e as
modelos climáticos.
diferentes propriedades radiativas. A con-vecção na região
al., 1996). Esse sensor está instalado nos satélites polares
simulações utilizando esses modelos radiativos. As nuvens
Cabe ressaltar que durante o verão no Hemisfério
Sul a região do Sahel africano produz grandes quan-
Cloud Climatology Project) (Schiffer e Ros-sow, 1983) e o
ERBE (Wielicki e Green, 1989).
F i g. 7.1
são as principais fontes de incertezas desses modelos, prin-
da convecção nos oceanos, com máximo no período da
cipalmente na quantificação dos processos de gelo (cristais
noite, pode ser expli-cado pelo efeito de aquecimento da
de gelo com diferentes formatos e diferentes densidades)
coluna atmosférica e resfriamento do topo da atmosfera,
e na camada mista água-gelo, isto é, ainda há divergências
geran-do uma circulação direta (Gray e Jacobson, 1977).
significativas na determinação e na parametrização dessa
Além disso, Chen e Cotton (1988) mostraram que o efeito
camada no interior de nuvens. Além disso, os estudos dos
radiativo das nuvens pode ser importante para a dinâmica
efeitos tridimensionais dos processos de espalhamento ra-
dos sistemas de mesoescala e, consequentemente, para
diativo das nuvens e sua interação com os outros campos
a circulação geral do planeta. Nesses sistemas, o efeito
de nuvens precisam ser ainda muito aprimorados (Cahalan
radiativo age para instabilizar as camadas médias da at-
et al., 2005). Mesmo a parametrização dos processos que
mosfera, que reforça a circulação em mesoescala, que por
envolvem a radiação de céu cla-ro na faixa do infravermel-
sua vez sustenta uma maior intensidade de convecção.
ho, também importante no balanço radiativo, e que atingiu
Embora mencionado que o efeito radiativo líqui-do do
significativo avanço em modelos radiativos (Turner et al.,
sistema convectivo no topo da atmosfera é praticamente
2004), ainda apresenta discrepâncias importantes de-vido
nulo (um pequeno resfriamento), esses resultados foram
225
ao complexo espectro de absorção do vapor d’água (Ptash-
obtidos considerando as propriedades médias de nuvens
200
nik et al., 2004). Machado e Rossow (1993) apresentaram
e as mantendo du-rante todo o dia. Contudo, esse efeito
um estudo discutindo o efeito dos sistemas convectivos nos
deve ser considerado regionalmente e em função do ciclo
mecanismos de retroalimentação das nuvens para a região
de vida do sistema convectivo e do ciclo diurno. Siste-
150
tropical, levando em conta não somente o efeito no topo da
mas noturnos tendem a ter um efeito radiativo líquido
125
atmosfera, como é comumente analisado, mas também os
positivo, enquanto nuvens diurnas tendem a apresentar
100
efeitos do aquecimento na coluna at-mosférica que podem
efeitos radiativos negativos. Miller et al. (2011) estimaram
estabilizar ou instabilizar a coluna, inibindo ou auxiliando o
o efeito radiativo de diferentes tipos de nuvens em dife-
desenvolvimento da convecção. Esses estudos concluíram
rentes regiões. Na regi-ão amazônica os cálculos mostr-
que o efeito radiativo médio diário das nuvens no topo da
aram que as nuvens contribuíram com -76 Wm-2 para o
atmosfera devido aos sistemas convectivos é relativamente
balanço radiativo à superfície e com +26 Wm-2 no topo
pequeno: a parcela composta por nuvens cirrus contribui
da atmosfera. A Figura 7.1, extraída do trabalho de Betts
com um efeito radiativo positivo, mas nuvens convectivas
et al. (2009), mostra o efeito radiativo médio mensal das
A presença das nuvens reduziu a quantidade de
em superfície na ausência total de nuvens. O déficit de
e estratiformes apresen-tam efeitos negativos, resfriando o
nuvens sobre a região amazônica a partir da análise de
radiação solar incidente na superfície de 20 a 35%. O
radiação solar em superfície claramente afetou o saldo
sistema terrestre. Essa ação média quase nula é resultado
dados de 1990 a 2001 do ISCCP (curvas verdes) e de re-
efeito pode ser observado na Figura 7.1b, que mostra a
líquido de radiação (Figura 7.1c), isto é, a quantidade de
de um ajuste de efeitos que aquecem e resfriam em dife-
análises de modelos hi-drológicos (curvas azuis e vermel-
variação mensal no período analisado do albedo efetivo
energia disponível em superfície para gerar os fluxos tur-
rentes níveis da atmosfera. O efeito médio geral das nuvens
has). Foram comparadas as situações de céu claro com
das nuvens para radiação solar descendente, definido na
bulentos de calor sensível e latente. Finalmente, a Figura
de resfriarem a superfície e aquecerem a atmosfera contri-
situações nas quais foi detectada a presença de nuvens.
equação 7.1, onde Irradiância(nuvem) é a irradiância solar
7.1d mostra que, durante todos os meses do ano, a fração
bui para a estabilização da atmosfera e pode favorecer o
Na Figura 7.1a, concentrando-se apenas nos resulta-dos
descendente em superfície para situações com nuvens e
média mensal de cobertura de nuvens na Amazônia é sig-
decréscimo da ocorrência de nuvens rasas e assim gerar
do ISCCP (curva verde), observa-se que a presença de
Irradiância(céu claro) é a irradiância solar descendente
nificativa, mesmo nos mais secos, entre julho a setembro.
um importan-te efeito de retroalimentação com o resfria-
nuvens reduziu significativamente a ir-radiância solar in-
mento do planeta. Os perfis verticais de aquecimento e res-
cidente em superfície, podendo causar um déficit médio
friamento radiativo podem ser importantes para sistemas
da ordem de 50 Wm-2 nos meses de junho e julho a até
convectivos de longa duração. Por e-xemplo, o ciclo diurno
aproximadamente 110 Wm-2 em fevereiro.
Amazon
1990-2001
α
Cloud
SWdown(Clear):ERA-40
SWdown(Clear):ERA-Int
SWdown(Clear):ISCCP
SWdown(Wm-2)
300
250
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Amazon
1990-2001
αcloud:ERA-40
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αcloud:ISCCP
ERA-Int-ISCCP
ERA-INT-ERA-40
200
αsurf:ERA-40
αsurf:ERA-INT
αsurf:ISCCP
0.2
0.1
150
0.0
1234567891011
12
1234567891011
12
Month
Amazon
1990-2001
175
Rnet:ERA-40
Rnet:ERA-Int
Month
1.0
Rnet(Clear):ERA-40
Rnet(Clear):ERA-Int
0.9
Fractional Cloud Cover
Rnet(Wm-2)
250
1234567891011
12
Amazon
1990-2001
TCC:ERA-40
TCC:ERA-Int
Cloud Fraction:ISCCP
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
LCC:ERA-40
MCC:ERA-40
LCC:ERA-Int
MCC:ERA-Int
0.3
0.2
0.1
0.0
1234567891011
12
Month
Month
Figura 7.1 – Ciclo médio anual e a) irradiância solar descendente em superfície para situações de céu claro e na
presença de nuvens; b) albedo efetivo de nuvens (vide definição no texto); c) saldo de radiação líquida para céu
claro e na presença de nuvens; d) fração de cobertura de nuvens. Extraída de Betts et al. (2009).
(eq. 7.1)
α(nuvem) =
α
Surf
350
Irradiância (nuvem) - Irradiância (céuclaro)
Irradiância (céuclaro)
7.3
Fo rç a n te r a d iat i va a n t r ó p i c a
florestas para a agropecuária na re-gião amazônica desde
particularmente desde o início do século XIX. A litera-
1970, resultaram em modificações de propriedades da
tura não registra trabalhos que avaliem o impacto ra-
superfície vegetada. Vários estudos realizados nas últimas
diativo da mudança histórica de albedo da superfície
As atividades humanas induzem mudanças em compo-
de resultados de medidas in situ, sensoriamento remoto e
décadas estudaram mudanças de propriedades da super-
para o Brasil nesse período. Na Amazônia, o processo
nentes chave do Sistema Climático Terrestre, conforme
modelos radiativos. Dentre todos os agentes climáticos an-
fície, como o albedo, fluxos de umidade, calor sensível e
de ocupação intensificou-se desde 1970, com a abertura
discutido no IPCC AR4 (Le Treut et al., 2007). De acordo
trópicos, a FR de aerossóis no Brasil é a melhor conhecida,
latente (Alvalá et al., 2002; Fisch et al., 2004; Loarie et al.,
de estradas e a adoção de políticas de favorecimento de
com a definição apresentada na seção 7.1.2, algumas des-
com resultados que mostram seu impacto à tropopausa
2011; von Randow et al., 2004). Recentemente, Loarie et
colonização. Segundo Fausto (2002), o número de habi-
sas modificações podem ser quantificadas e expressas em
(i.e., definição formal da FR), seu efeito radiativo sobre a
al. (2011) analisaram o im-pacto da conversão de cerrado
tantes em Rondônia passou de cerca de 110 mil em 1970
termos de FR, significando alterações líquidas na irradiân-
coluna atmosférica, sobre a superfície, interações indire-tas
para produção agrícola ou pastagem, e destes para cana-
para cerca de 1,1 milhão em 1990. O INPE monitora o
cia total descendente à tropopausa. As escalas de tempo,
envolvendo nuvens e alterações de sua microfísica (e.g.,
de-açúcar, em cinco estados brasileiros. De acordo com
desflorestamento na Amazônia desde 1988, utilizando
em que os agentes antrópicos exercem sua influência, são
Martins et al., 2011). Mais recentemente, há trabalhos que
seus resultados, a conversão da vegetação natural para
instrumentos a bordo de satélites. Estima-se que cerca
consideravelmente heterogêneas, poden-do variar desde
procuram explorar a variabilidade espacial e temporal da
agricultura ou pastagem causou aumento da temperatura
de 7000 km2 de floresta foram desmatadas em 20105.
dias a séculos. Similarmente, as escalas espaciais da atu-
FR antrópica devido a aerossóis (e.g., Patadia et al., 2008;
e do albedo da superfície e diminuição da evapotranspi-
O desmatamento na Amazônia é motivado por razões
ação de agentes responsá-veis pela FR antrópica podem
Rosário, 2011). O monitoramento desse componente da
ração. Por outro lado, a conversão de pastagem ou outro
econômicas, com a conversão de florestas para pasta-
variar desde centenas de quilômetros até extensões glo-
FR antrópica é essencial para conhecer o balanço de radia-
produto agrícola para cana-de-açúcar resultou em diminu-
gens e campos agrícolas. Sena e colaboradores (2011)
bais, como no caso da emissão de GEE.
ção sobre o Brasil e suas consequências climáticas.
ição da temperatura da superfície e aumento da evapo-
estudaram a FR de mu-dança de albedo em regiões
As atividades de uso do solo e sua modificação são
Em contraste com a FR de aerossóis, a FR para o Brasil
transpiração e do albedo da superfície. Essas alterações
desmatadas da Amazônia, usando medidas efetuadas
responsáveis pela maior contribuição brasileira para o
devido a outros agentes climáticos de ori-gem antrópica
podem afetar os fluxos turbulentos em superfície que con-
pelos sensores CERES e MODIS a bordo do satélite
aquecimento global antrópico devido à emissão de GEE
ainda é pouco conhecida. Algumas vezes a FR não é nem
tro-lam processos de formação de nuvens e precipitação.
Terra. Esses autores analisaram a irradiância ascendente
em queimadas, tais como CO2, CH4 e N2O (Cerri et al.,
mesmo mencionada na literatura científica, de modo que
Note-se que, segundo a definição discutida na seção 7.1.2,
no topo da atmosfera em condições de céu limpo (sem
2009, cf. seção 7.5). Ainda assim, não foram encontradas
sua importância relativa não pode ser quantificada: não
os efeitos radiativos decorrentes de mudanças em fluxos
nuvens e sem aerossóis) ao longo de dez anos entre
referências sobre cál-culos da FR antrópica sobre o Brasil
há núme-ros que permitam comparar sua magnitude em
de umidade, calor sensível e latente, embora importantes
2000 e 2009 (meses de agosto e setembro), para duas
devido à emissão desses gases. Por ora há apenas um es-
comparação com a FR devido a outros agentes an-trópicos
para o balanço de radiação, não podem ser considerados
regiões próximas em Rondônia. Uma das regiões tem
forço para a organização de inventários de emissões de
ou naturais. Por exemplo, o impacto radiativo do ozônio
como FR, uma vez que tais fluxos modificam a estrutura do
cobertura vegetal de floresta primária, representando
GEE, que constitui um passo anterior necessário à quanti-
estratosférico, ou efeitos radiati-vos do ozônio fotoquímico
perfil termodinâmico atmosférico, influenciando a forma-
a mata nativa, enquanto a ou-tra foi desmatada após
ficação da FR devida a esses gases. Além de GEE, as quei-
troposférico, ainda não parecem ter sido adequadamente
ção de nuvens e o ciclo hidrológico.
1970. A diferença entre a irradiância média no topo da
madas originadas de atividades antrópicas emitem grande
estudados. No setor de transportes, a aviação é responsáv-
A mudança do albedo da superfície, decorrente de
atmosfera entre a área de floresta primária e a área des-
quantidade de aerossóis, partículas microscópicas que
el pela injeção de vapor d’água na região da tropopausa,
alterações antrópicas no uso do solo, resulta nu-ma FR
matada representa o efeito radiativo devido à mudança
constituem a fu-maça originada em processos de com-
com a formação de trilhas de condensação de vapor e
devido à substituição de uma superfície, em geral mais
de albedo da superfície decorrente da modificação do
bustão. Essas partículas são agentes que influenciam o cli-
nuvens cirrus persistentes. Isso pode contribu-ir com uma
escura (floresta), por superfícies mais brilhantes (e.g.,
uso do solo. Sena e colaboradores (2011) estimaram
ma devido à sua interação direta com a radiação solar, ou
FR positiva, resultando em aquecimento da superfície ter-
plantações, estradas, construções, etc.), o que implica
em 7,3±0,9 Wm-2 a intensidade média de 24h dessa
indireta pelo fato de causarem perturbações em nuvens,
restre, mas não há resultados disponíveis para o impacto
em uma maior fração da radi-ação solar sendo refletida
FR antrópica. Esse valor é da mesma ordem de grandeza
que por sua vez interagem com a radiação solar e terrestre
climático do tráfego aéreo no Brasil.
de volta ao espaço. Do ponto de vista histórico, o pro-
que a FR direta de aerossóis antrópicos, conforme dis-
(Kahn et al., 2009). No Bra-sil, a FR antrópica, devido às in-
As mudanças antrópicas no uso do solo, como por
cesso de modifica-ção do albedo da superfície vegetada
cutido na próxima seção. Não há outros trabalhos que
terações direta e indireta de aerossóis com a luz solar, vem
exemplo o processo de longo prazo de urbaniza-ção das
no Brasil decorre da expansão da ocupação urbana, da
avaliem essa fração da FR antrópica devido à mudança
sendo estudada há décadas, utilizando-se combinações
cidades brasileiras a partir de 18084 , ou a conversão de
indus-trialização e da intensificação da agropecuária,
do albedo de superfície na Amazônia.
4. A data corresponde à chegada da Família Real portuguesa ao Brasil, iniciando uma fase de desenvolvimento econômico acelerado (Fausto, 2002).
5. Estimativas anuais de desflorestamento disponíveis em http://www.obt.inpe.br/prodes/index.html
Para o tomador de decisão, a quantificação e o mon-
Por esse motivo, é essencial conhecer e comparar a
Zhang e colaboradores (2008) utilizaram simulações
Procópio e colaboradores (2004) utilizaram medidas
itoramento de todos os aspectos da FR antrópica são
FR dos diversos agentes antrópicos para se determi-
com o modelo climático regional RegCM3 para estimar a
de sensoriamento remoto obtidas através da AERONET e
fundamentais, por se tratar de uma esfera em que a so-
nar sua importância rela-tiva e elaborar cursos de ação
distribuição espacial da FR antrópica direta dos aerossóis so-
do MODIS (plataforma Terra) para realizar análises tem-
ciedade organizada tem a capacidade de agir de forma
política que sejam realmente eficazes numa escala de
bre a América do Sul. O sensor MODIS e o modelo GOCART
porais e espaciais da FR dos aerossóis na região amazôni-
a minimizar impactos deletérios sobre o meio ambiente.
tempo determinada.
forneceram dados de entrada da distribuição espacial da
ca. Os autores apresentaram uma análise de sete anos (de
pro-fundidade óptica dos aerossóis (em 550 nm), do fator
1993 a 1995 e de 1999 a 2002) das médias diárias da FR
de assimetria e do albedo simples para o mês de setembro
dos aerossóis sem a presença de nuvens para dois locais
de 2002. A FR foi calculada considerando uma pluma de
impactados pelas partículas de queimadas. A FR diária foi
7.3.1 Forçante radiativa direta do aerossol antrópico
Aerossóis naturais ou antrópicos podem afetar o sistema
i-gual a zero, através da intercepção da linha de regressão
fumaça distribuída homoge-neamente, na vertical, em uma
calculada com um modelo de transferên-cia radiativa (SB-
climático interagindo diretamente com a radiação, pelo esp-
entre a profundidade óptica do aerossol e a irradiância so-
camada de 3 km de altitude e adotando-se, como estado de
DART). Adotou-se a condição de referência de profundi-
alhamento e absorção de radiação solar e terrestre. A esse
lar, obtidas, respectivamente, pelo MIRS e pelo CERES. Os
referên-cia, a ausência de aerossóis atmosféricos. Os autores
dade óptica do aerossol igual a 0,11, no comprimento de
efeito pode correspon-der tanto uma FR positiva, contribuin-
autores analisaram obser-vações de cinco anos entre 2000
obtiveram resultados que apontam valores da FR direta dos
onda de 500 nm, valor médio obtido para os períodos de
do para o aquecimento da superfície terrestre, quanto uma
a 2005 (com exceção de 2004), obtendo a FR antrópica
aerossóis sem a presença de nuvens variando entre cerca de
estação úmida, através da AERONET. A pluma de fumaça
FR negativa, correspondendo ao resfriamento da superfície,
do aerossol entre -5,2 Wm-2 e -9,4 Wm-2, com média no
-8 e -1 Wm-2 no topo da atmosfera, e um efeito radiativo à
foi distribuída homogeneamente em uma cama-da de
dependendo ultimamente das propriedades ópticas dos aer-
período de -7,6±1,9 Wm-2. A profundidade óptica do aeros-
superfície entre cerca de -35 e -10 Wm-2. A eficiência da FR
1,6 km de altitude. A FR foi parametrizada em função da
ossóis e da refletância da superfície. O estado de referência
sol (em 560 nm) variou de 0,15 a 0,36, sendo a média dos
di-reta sem nuvens, definida como a FR normalizada pela
profundidade óptica dos aerossóis, considerando-se, nos
pode variar entre traba-lhos distintos, dificultando a compa-
cinco anos para os meses de agosto e setembro igual a 0,24.
profundidade óptica dos aerossóis (τ), foi de aproximada-
cálculos, a dinâmica espectral das suas propriedades óp-
ração entre eles. Os autores adotam diferentes cenários, que
Utilizando uma metodologia semelhante àquela de Pa-
mente -10 a -15 Wm-2 τ-1 no topo da atmosfera, e a eficiên-
ticas. As médias calcu-ladas da FR dos aerossóis durante
va-riam desde uma comparação com uma atmosfera sem
tadia et al. (2008), Sena e colaboradores (2011) calcularam
cia do efeito radiativo à su-perfície foi de -70 a -80 Wm-2 τ-1.
a estação seca (de agosto a outubro) variaram entre 5,3
a presença de aerossóis a uma atmosfera com concentra-
a forçante direta de aerossóis antrópicos sobre a Amazônia
Liu (2005) efetuou cálculos com um modelo climático
e 12,0 Wm-2, no topo da atmosfera, e o efeito radiativo
ção de fundo de aerossóis. Esta concentração de fundo é
entre 2000 e 2009, sobre regiões com cobertura vegetal
regional acoplado a um modelo de transfe-rência radiativa
à superfície variou entre 21,5 e 73,6 Wm-2, para pro-
subjetiva, pois pode ser a concen-tração da era pré-industrial
de floresta primária e de cerrado. Esses autores utilizaram
na coluna atmosférica (ambos do NCAR – National Center
fundidades ópticas médias, observadas pela AERONET,
(referência adotada no IPCC AR4), que, por sua vez, depende
me-didas dos sensores CERES e MODIS para avaliar a FR di-
for Atmospheric Rese-arch, Estados Unidos), considerando
entre 0,52 e 1,83 no comprimento de onda de 500 nm.
de várias hipóteses consideradas nos modelos, ou pode ser
reta instantânea do aerossol antrópico, e desenvolveram um
como estado de referência a ausência de aerossóis. Assim,
A distribuição espacial da FR derivada das profundidades
a concentração natural dos aerossóis na atmosfera, antes da
modelo radiativo para a descrição do albedo de superfície
estimou a FR dos aerossóis sem a presença de nuvens e
ópticas obtidas pelo MODIS sobre a Amazônia mostrou
perturbação imposta pela atividade antrópica em questão.
para cálculos da FR média de 24h. Sobre a Amazônia como
o efeito radiativo de aerossóis com a pre-sença de nuvens,
que a área afetada é de cerca de 1,2 a 2,6 milhões de
Patadia e colaboradores (2008) utilizaram observações
um todo, Sena e colaboradores (2011) estimaram a FR de
para os meses de agosto e setembro de 1995 na região
quilômetros quadrados.
por satélite com o uso de múltiplos sensores (MODIS,
aerossóis como 5,6±1,7 Wm-2, semelhante ao valor encon-
amazônica. O autor obteve a FR regional média no topo da
Os trabalhos que avaliaram a FR direta de aerossóis an-
MISR e CERES, a bordo da plataforma Terra) sobre a região
trado por Patadia et al. (2008). Sena e colaboradores (2011)
atmosfera para o caso sem nuvens de -16,5 Wm-2, enquanto
trópicos sobre o Brasil apresentaram discre-pâncias entre
amazônica, para a estimati-va das médias diurnas da FR direta
estimaram a FR em 6,2±1,9 Wm-2 sobre pixels classificados
com a presença de nuvens, e considerando retroalimenta-
os valores estimados, que ocorreram principalmente em
dos aerossóis no topo da atmosfera para dias sem nuvens. A
como floresta, e em 4,6±1,6 Wm-2 para pixels sobre o cer-
ções atmosféricas, o efeito radiativo foi de -9,8 Wm-2. Nas
função das diferentes metodo-logias adotadas nos estudos,
FR foi encontrada pela diferença entre as irradiâncias obtidas
rado. As diferenças entre intensidades da FR sobre flores-ta
simulações, a pluma de fumaça foi distribuída homogenea-
e ilustram a complexidade da determinação deste impacto.
pelo CERES na ausência e na presença de aerossóis. Estes
e cerrado refletem inomogeneidades em escalas regionais,
mente em uma camada de 2,5 km de altitude e a profundi-
Na região amazônica, a queima da biomassa afeta significa-
valores não podem ser obtidos simultaneamente para um
devido principalmente a diferenças no albedo de superfície
dade óptica dos aerossóis foi considerada constante e igual
tivamente o balanço regional de radiação solar, sendo fun-
mesmo pixel. Portanto, foi utilizada uma aproximação para a
e na profundidade óptica média do aerossol antrópico sobre
a 0,75 (no visível médio). O albedo simples adotado foi de
damental o monitoramento contínuo desse componente
irradiância quando a profundidade óptica dos aerossóis fosse
esses biomas.
0,88 (em 550 nm) e a dependência espectral das proprie-
da FR antrópica para possibilitar um melhor entendimento
dades ópticas dos aerossóis foi determinada com base em
de como o funcionamento do ecossistema pode ser altera-
polinômios de quarta ordem.
do e quais suas consequências climáticas.
6
6. Agosto e setembro são os meses com maior concentração de aerossóis na atmosfera devido à estação seca e da maior ocorrência de queimadas (Martin et al., 2010).
7.3.2 Forçante radiativa indireta do aerossol antrópico
Zhang et al. (2008) estudaram o impacto de queima-
foram as regiões: Pacífico tropical (20°S-20°N), América
Além da interação direta entre aerossóis e radiação so-
devido ao efeito de albedo de nuvens, encontrando uma
das sobre as interações biosfera-atmosfera na América do
do Sul e Atlântico tropical (20°S-20°N). A partir de cinco
lar e terrestre, os aerossóis também influenci-am o clima
FR média de -1,0±0,4 Wm 2. Para o Hemisfério Sul, a FR in-
Sul. Os autores realizaram dois conjuntos de simulações
anos de dados dos sensores CERES e MODIS, os autores
indiretamente, por atuarem como núcleos de condensa-
direta devido ao albedo foi de -0,70±0,45 Wm-2, enquanto
com o RegCM3 (Pal et al., 2007) para o período da cam-
estimaram valores anuais da FR devido ao efeito de albedo
ção de nuvens e de gelo, com o potencial de modificar
no Hemisfério Norte foi de -1,7±0,2 Wm-2. Trabalhos que
panha LBA-SMOCC 2002, uma considerando os aerossóis
de nuvens entre -0,5 e -0,01 Wm-2 para o Pacífico, -0,1 e
a estrutura micro e macrofísica de nuvens, que por sua
consideraram o aerossol composto apenas de sulfato
de queima-da e outra excluindo-os. A diferença entre as
-0,02 Wm-2 na América do Sul, e entre -5 e -0,05 Wm-2
vez interagem com a radiação solar e terrestre. Esses me-
(e.g., Quaas et al., 2004) apresentaram maiores valores
simulações com e sem aerossóis para o fluxo resultan-te
no Atlântico. O resultado foi bastante diferente do obtido
canismos são chamados coletivamente de efeito indireto
da razão entre a FR no Hemisfério Norte e no Hemisfério
no topo da atmosfera variou entre cerca de -8 e -1 Wm-2,
por Zhang et al. (2008). Isso aconteceu em parte porque a
de aerossóis sobre o clima.
Sul porque as emissões de queimadas, predominantes no
correlacionada com a distribuição espa-cial da profundi-
média estimada foi anual e sobre toda a Amé-rica do Sul,
Hemisfério Sul, foram modeladas como pobres em sulfato
dade óptica de aerossóis. Já para céu com nuvens, a dife-
e não apenas sobre a estação de queimada da Amazônia;
e ricas em carbono.
rença ficou entre cerca de -10 a +15 Wm-2 na América do
e em parte porque o modelo de Zhang et al. não utilizou
observações experimentais ou inferências de satélites.
No chamado efeito sobre o albedo de nuvens, um aumento na concentração de aerossóis leva a um aumento
da concentração e a uma redução do tamanho das gotas
Em escala regional, os efeitos radiativos indiretos dos
Sul, e cerca de +5 a +15 Wm-2 na parte sul do arco do
de nuvens, para uma quantidade constante do conteúdo
aerossóis podem ser consideravelmente maiores que
desmatamen-to, mostrando uma dominância do efeito das
Efeitos de retroalimentação podem atuar simultanea-
total de água líquida na nuvem (Twomey, 1974). Este é
as médias globais. Kaufman et al. (2005) estudaram os
nuvens. A diferença entre os dois resultados de efeitos ra-
mente aos efeitos indiretos de aerossóis. Andre-ae e colab-
também chamado de efeito Twomey, ou primeiro efeito
efeitos dos aerossóis em nuvens ra-sas sobre o Oceano
diativos das nuvens entre simulações com e sem aerossóis,
oradores (2004) observaram que queimadas na Amazônia
indireto. Uma vez que, por hipótese, no mecanismo não
Atlântico, usando inferências de cobertura de nuvens e de
que os autores interpretaram como o efeito total indireto
reduziram o tamanho de gotas de nuvem e tenderam a
ocorre alteração no conteúdo de água da nuvem, supõe-se
aerossóis do sensor MODIS entre junho e agosto de 2002.
dos aerossóis, variou entre cerca de +5 a +20 Wm-2 na
inibir a precipitação, sugerindo que esse processo elevaria
que não haja impacto considerável sobre o ciclo hidrológi-
Análises do NCEP-NCAR e uma regressão multivariada fo-
região amazônica.
a altitude do iní-cio da precipitação, de 1,5 km acima da
co e, assim, a este efeito, é associada uma FR de acordo
ram utilizadas para separar a influência da meteorologia e
Ten Hoeve et al. (2011) usaram inferências da pro-
base das nuvens, típica da precipitação quente amazônica,
com a definição da seção 8.1.2.
isolar o efeito dos aerossóis. Os autores identificaram um
fundidade óptica de aerossóis, nuvens, vapor de água e
para 5 km em nuvens poluídas, e para mais de 7 km em
O efeito de aumento do tempo de vida médio de
aumento da cobertura de nuvens rasas associado ao au-
temperatura do sensor MODIS para examinar o efeito de
pirocumulus. A liberação de calor latente em níveis mais
nuvens (efeito Albrecht, ou segundo efeito indireto de
mento da concentração de aerossóis. A média do efeito
aerossóis nas nuvens durante a es-tação de queimada na
altos tornaria a convecção mais vigorosa, provocando
aerossóis) considera que a redução no tamanho das gotas
radiativo total no topo da atmosfera devido aos aerossóis
Amazônia, de agosto a outubro de 2004 a 2007. Os re-
tempestades de raios e forma-ção de granizo. Um estudo
afeta a eficiência de precipitação, au-mentando o conteúdo
foi de -11±3 Wm-2, sendo cerca de 2/3 devido ao efeito
sultados foram analisa-dos separadamente para diferentes
observacional, realizado por Lin e colaboradores (2006),
de água líquida e o tempo de vida médio de nuvens (Al-
indireto e 1/3 devido à FR direta. Na região entre o Bra-sil e
conteúdos de água na coluna atmosférica, para isolar o
mostrou, a par-tir da análise de dados obtidos via satélites,
brecht, 1989). O efeito semidireto de aerossóis (Hansen
a África (20°S a 5°N), que sofre grande influência de aero-
efeito dos aerossóis do efeito meteorológico. Os autores
a existência de correlações entre o aumento da concen-
et al., 1997) considera que a interação de aerossóis com a
ssóis de queimadas, Kaufman et al. (2005) encontraram
encontraram que a profundidade óptica das nuvens au-
tração dos aerossóis emitidos por queimadas na Amazônia
radiação solar modifica o perfil de temperatura e de umi-
um aumento de 0,30±0,07 na cobertura de nuvens rasas
mentou com a profundidade óptica do aerossol até o lim-
e (1) o aumento da taxa de precipitação, (2) o aumento da
dade da atmosfera e propriedades da superfície, tais como
ao comparar os casos poluídos e não poluídos. A FR devi-
iar de aproximadamente 0,25, devido ao primeiro efeito
ocorrência de eventos extremos de precipitação, (3) au-
temperatura e fluxos de umidade, calor sensível e latente,
da apenas ao efeito de aumento do albedo de nuvens foi
indireto. Acima deste limiar, a profundidade óptica das
mento da cobertura de nu-vens, (4) aumento da altura do
fundamentais na determinação de propriedades de nu-
estima-da em -1,5 Wm-2. Incluindo-se também o aumento
nuvens diminuiu, devido à inibição de formação de gotas
topo das nuvens, (5) aumento do conteúdo de água den-
vens. Ambos os efeitos, sobre a vida média de nuvens e
do conteúdo de água líquida e a mudança na cobertura de
pelo efeito semidireto. Os autores, entretanto, não fornece-
tro das nu-vens e (6) maior formação de gelo. Do ponto
o semidireto, não podem ser considerados agentes de FR
nuvens rasas, o efeito indireto total chegou a -9,5 Wm-2
ram estima-tivas numéricas da FR indireta.
de vista de estudos numéricos, Martins et al. (2009) obti-
de acordo com a definição da seção 7.1.2, uma vez que im-
nessa região. Este esfriamento é apenas parcialmente com-
No estudo de Quaas et al. (2008), no qual foi feita a
veram resultados similares num estudo de caso, no qual
plicam modificações sobre o ciclo hidrológico que levam a
pensado pela absorção de +2,9 Wm-2 ao longo da coluna
primeira estimativa global dos efeitos indiretos dos aero-
o aumento da concentração de núcleos de condensação
processos de retroalimentação climática.
atmosférica. Um efeito semelhante pode ser esperado para
ssóis com uma metodologia inteiramente observacional, o
de nuvens, devido ao aumento da concentração de aero-
regiões do Pacífico Leste e da costa Sudeste do Brasil, que
globo foi dividido em 14 regiões e as quatro estações do
ssóis emitidos pelas quei-madas na Amazônia, intensificou
sofrem influência das queimadas na Amazônia.
ano foram analisadas. De particular interesse para o Brasil,
a taxa de precipitação de chuvas intensas, ao passo que
Lohmann e Feichter (2005) analisaram trabalhos, publicados após 2001, com estimativas da FR indireta global
reduziu a probabilidade de ocorrência de nuvens pre-
variabilidade espacial e temporal. Esses resultados mostr-
numérica da equação da continuidade, na qual a concentra-
consideradas as reações químicas na fase gasosa, a influên-
cipitantes de intensidade baixa e moderada. Segundo os
aram quão complexas são as interações entre os diversos
ção de uma espécie química é função da sua dispersão pelo
cia de nuvens no transporte, a química da fase aquosa e a
autores, o aumento da poluição contribuiu para alterar o
agentes climáticos e os efeitos que precisam ser entendi-
vento, sua produção ou consumo, sua emissão e remoção.
remoção úmida dos gases e aerossóis, além da modelagem
processo de formação de chuva, de quente para frio, isto é,
dos e quantificados, e as dificuldades em separá-los dos
Atualmente, os modelos numéricos de dispersão e/ou de
do aerossol (nucleação, condensação, coagulação, distri-
envolvendo a fase de gelo, embora apresentando grande
mecanismos de retroalimentação.
qualidade do ar têm sido divididos em modelos acoplados
buição de tamanho, composição química, deposição seca e
(on-line) ou não acoplados (off-line).
úmida). Albuquerque (2010) utilizou este modelo para aval-
7.4
E f e ito s da q u í m i c a at m o s f é r i c a n a co m po s iç ã o e d i s tr i b u i ç ã o d e g a s e s d e e f e i to
e stu fa e a e r o s s ó i s
A emissão de GEE e de aerossóis corresponde a uma
das parcelas mais significativas da FR antró-pica. Designa-
Normalmente, nos modelos não acoplados o campo
iar a sensibilidade da formação dos aerossóis inorgânicos
de vento e outras propriedades que descrevem a atmosfera
finos na RMSP ao controle da emissão de seus precursores,
são fornecidos por um campo numérico meteorológico ex-
os gases SO2, NOx e NH3.
terno. O modelo de dispersão ou qualidade do ar considera
Os modelos não acoplados são ferramentas impor-
as fontes emissoras de uma espécie química e os processos
tantes no estudo de reatividade atmosférica, con-siderando
que contro-lam a dispersão, as reações químicas e a sua
principalmente uma escala espacial mais regional e uma
dados tanto através de modelos numéricos de dispersão e
remoção da atmosfera. Os primeiros estudos numéricos de
escala de tempo da ordem de dias. Entretanto, nestes mod-
qualidade do ar quanto em campanhas experimentais.
qualidade do ar para a Região Metropolitana de São Paulo
elos, o efeito da variação das concentrações dos gases e dos
dos em geral como poluentes atmosféricos, esses gases e
Recentemente realizaram-se campanhas experimentais
(RMSP) foram realizados no final da década de 1990 com
aerossóis não é incorporado à simulação meteorológica.
aerossóis costumam ser divi-didos em duas categorias: po-
para o estudo de poluentes atmosféricos em diferentes am-
o modelo fotoquímico não acoplado CIT, desenvolvido na
O modelo SPM-BRAMS (Simple Photochemical Module,
luentes primários ou secundários. Poluentes primários são
bientes, tais como: região amazônica (e.g., Ahlm et al., 2010;
California Institute of Technology, apenas para os poluentes
Freitas et al., 2005) é um modelo on-line que realiza as rea-
aqueles dire-tamente emitidos por uma fonte. O “black car-
Artaxo et al., 2005; Carmo et al., 2006; Chen et al., 2010;
gasosos. No estudo de Martins (2006), o modelo CIT, ali-
ções químicas na fase gasosa de poluentes como CO, NOx,
bon” (aerossol produzido em processos de combustão) e
Gatti et al., 2010; Soto-García et al., 2011), área urbana (e.g.,
mentado com as saídas meteorológicas dos modelos RAMS
SO2, O3 e COV, simultaneamente aos processos atmosféri-
o monóxido de carbono (CO), por exemplo, são poluentes
Albuquerque et al., 2011; Andrade et al., 2010; Martins et
(Regional Atmospheric Modeling System, http://rams.at-
cos. Balbino (2008) fez um estudo do impacto de intensa
primários, ambos resultantes diretos da queima de matéria
al., 2008; Miranda et al., 2010; Paulino et al., 2010; Sánchez-
mos.colostate.edu/) e BRAMS (Brazilian developments on
atividade convectiva ou de períodos secos em concen-
orgânica. Já os poluentes secundários são aqueles forma-
Ccoyllo et al., 2009), região industrial (Quiterio et al., 2004),
the Regional Atmospheric Modeling System, http://brams.
trações simuladas de ozônio, e Carvalho (2010) aplicou-o
dos na atmosfera através de reações químicas entre poluen-
áreas de cultivo de cana-de-açúcar (Lara et al., 2005), cer-
cptec.inpe.br/), foi utilizado para avaliar a sensibilidade da
às Regiões Metropolitanas de São Paulo e Rio de Janeiro.
tes primários e/ou componentes naturais da atmosfera. O
rado (Metay et al., 2007), entre outras. Nessas campanhas,
formação do ozônio troposférico às emissões veiculares
O CATT-BRAMS (Coupled Aerosol and Tracer Transport
ozônio (O3), um importante GEE, é um dos principais polu-
em geral de curta duração, monitoraram-se a concentração
de COV e NOx na RMSP. O modelo CMAQ (Community
model to the Brazilian developments on the Regional At-
entes secundários, resultante de reações quími-cas que en-
de gases traço (CO, NOx, O3, COV, SO2, CO2, CH4, N2O)
Multiscale Air Quality, http://www.cmaq-model.org/) é o
mospheric Modeling System, http://meioambiente.cptec.
volvem óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos
e foram realizadas diversas análises físico-químicas do ma-
modelo de qualidade do ar atualmente recomendado pela
inpe.br/) é um modelo de transporte 3D acoplado a um
voláteis (COV) na presença de luz solar. Material particulado
terial particulado. A Tabela 8.2 mostra resumidamente a
Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos para a
modelo de emissões. As emissões de material particu-lado
secundário também pode ser formado na atmosfera a par-
variedade de equipamentos, condições de amostragem e
descrição da formação de partículas de aerossol e de ozônio
fino (i.e., partículas de aerossol com diâmetros aerodinâmi-
tir de reações químicas que envolvem gases como dióxido
polu-entes monitorados em campanhas recentes, indican-
troposférico. O CMAQ é um modelo não acoplado que uti-
cos menores que 2,5 µm, ou MP2,5) e de CO oriundas de
de enxofre (SO2), NOx e COV. A concentra-ção atmosférica
do-se as concentrações médias e estimativas de emissões
liza as saídas meteorológicas do modelo WRF (Weather
queimadas são alocadas espacialmente conforme a posição
desses poluentes depende de vários fatores e processos físi-
de espécies químicas.
Research and Forecas-ting Model, http://wrf-model.org) e
de focos de quei-madas obtidos por imagens de satélite.
cos: intensidade de emis-sões, reações químicas das fases
Modelos numéricos, por sua vez, permitem uma aval-
as emissões geradas pelo modelo SMOKE (Sparse Matrix
Existem evidências experimentais que mostram que a quei-
gasosa e aquosa, conversão gás-partícula, crescimento do
iação mais ampla da distribuição dos poluentes em com-
Operator Kernel Emissions, http://smoke-model.org). Sua
ma de biomassa afeta a convecção profunda (Roberts et al.,
aerossol por condensação ou dissolução, nucleação ho-
paração com as medidas realizadas em campanhas experi-
estrutura conta com um modelo de transporte químico
2003), o que requer um aperfeiçoamen-to das parametri-
mogênea e heterogênea, coagulação, transportes advectivo,
mentais, i.e., possibilitam uma maior cobertura, tanto no
(CMAQ Chemical Transport Model – CCTM), responsável
zações de convecção em modelos. Freitas e colaboradores
convectivo e turbulento e remoções seca e úmida. No Brasil,
espaço quanto no tempo, da evolução de concentração
pela simulação dos processos químicos, de transporte e de-
(2007) incluíram no CATT-BRAMS a formação de pirocu-
esses processos físico-químicos da atmosfera têm sido estu-
de poluentes. Essa evolução é realizada através da solução
posição envolvidos na modelagem da qualidade do ar. São
mulus, introduzindo um modelo de levantamento de plu-
Tabela 7.2 – Concentração e emissão de gases e aerossóis em campanhas experimentais no Brasil.
ma, considerando que a temperatura das queimadas pode
principal processo físico a que os GEE estariam submetidos.
chegar a 1800 K. A inclusão desse efeito tor-nou possível a
Além disso, o domínio vertical dos modelos normalmente se
obtenção de simulações mais precisas da injeção de aero-
restringe à troposfera, sendo poucos os estudos numéricos
ssóis no nível correto da atmosfera, e a obtenção de resul-
que incluem a interação com a estratosfera e a ca-mada de
tados numéricos compatíveis entre as observações de pro-
ozônio, outro fator que pode influenciar o clima.
fundidade óptica do aerossol do sensor MODIS e aquelas
As principais limitações apontadas em estudos realiza-
preditas pelo modelo CATT-BRAMS (Longo et al., 2010).
dos no Brasil são: a falta de um inventário de emissões
Um estudo sobre o impacto dos aerossóis na precipitação
com alta resolução espacial e temporal para as várias espé-
utilizando o CATT-BRAMS foi apresentado por Freitas et al.
cies químicas (GEE, especiação dos compostos de carbono
(2009b). Neste mesmo trabalho foram apresentados resul-
orgânico voláteis, caracterização química dos aerossóis,
tados obtidos com um mecanismo químico da fase gasosa,
em especial sua composição orgânica; produtos dos vários
mostrando a formação de ozônio a partir dos precurso-res
processos de combustão, especiação das emissões biogê-
emitidos tanto em queimadas quanto em regiões urbanas.
nicas); alto custo computacional dos módulos respon-
Finalmente, o WRF-CHEM é o modelo meteorológico
sáveis pelas reações químicas, do módulo de aerossol e
WRF acoplado a um módulo de processa-mento de rea-
sua interação com a radiação; e carência de observações
ções químicas (http://www.acd.ucar.edu/wrf-chem/). O
experimentais para validar os resultados dos modelos com
modelo simula a emissão, o transporte, a mistura e trans-
maior abrangência espacial e temporal.
formações químicas de gases traço e aerossóis simultanea-
No que concerne à representação de aerossóis em
mente à mete-orologia, com variações de escala espacial
modelos computacionais, atualmente a maioria dos mod-
de nuvens a escalas regionais. Silva Júnior (2009) utili-zou
elos inclui aerossóis de sulfato, sal marinho, black carbon e
o WRF-CHEM para avaliar o impacto na simulação dos
alguma forma de aerossol orgânico. A falta de inventários
poluentes fotoquímicos, do uso de di-ferentes parametri-
de emissão confiáveis (Bond et al., 2004) dificulta a simu-
zações da camada limite planetária na RMSP. Este modelo
lação numé-rica dos processos radiativos. Recentemente
também pode ser utili-zado para o estudo de processos
houve uma melhora na representação dos inventários de
importantes para as mudanças climáticas globais, incluin-
queimada no Brasil e na América do Sul (Hoelzmann et
do a FR direta e indireta dos aerossóis, entretanto o custo
al., 2004), mas esse fator ainda represen-ta uma grande
computacional para isto ainda é elevado.
fonte de incertezas. Outra limitação está relacionada ao
Até o momento, os trabalhos encontrados na literatura
fato de que a maioria dos modelos numéricos não leva
científica têm se limitado à aplicação de mo-delos numéricos
em consideração a crescente evidência de que partículas
em regiões delimitadas (e.g., CATT-BRAMS para a América
de aerossóis são compostos principalmente de aglomera-
do Sul e Oceano Atlântico, SPM-BRAMS e WRF-CHEM para
dos de diferentes substâncias químicas misturadas (Ko-ji-
regiões Sul e Sudeste do Brasil), e simulações com duração
ma et al., 2004). Alguns modelos usados no Brasil incluem
temporal de dias. Como se trata de modelos de qualidade do
corretamente o grau de mistura dos aerossóis (Freitas et
ar, o objetivo principal das análises é acompanhar as espé-
al., 2011; Longo et al., 2010), algo que precisa ser feito por
cies poluentes que exercem impacto sobre a saúde humana.
R egião
Período
Pl ataforma a
Espécie b
Concentr ação ou
emissão
N OV 2 0 0 0
n avi o , n =9
C H 4 (2 0 0 0 )
1707 , 3 ±8 , 4 p p b
C O (2 0 0 0 )
5 2 , 7 ±6 , 5 p p b
MAR 2 0 01
n avi o , n =7
C H 4 (2 0 01 )
16 8 8 , 8 ±7 , 3 p p b
C O (2 0 01 )
41,1 ±7 , 6 p p b
MAI 2 0 0 9
avi ão , co n t
CO2
4 0 0 , 5 9 ±0 , 0 9 p p m
CH4
19 5 0 , 07 ±0 , 6 8 p p b
CO2
3 9 2 ±41 p p m
CO2
3 6 8 ±18 p p m
MP2,5, mf
5 9 , 8 ±41 μ g m -3
MP2,5-10, mg
4 ,1 ±2 μ g m -3
C, m f; m g
44±18 μg m-3; 3±2 μg m-3
C E, m f; m g
18±9 μg m-3; 1,1±0,6 μg m-3
BC, m f; m g
3,6±0,9 μg m-3; 0,6±0,4 μg m-3
MP2,5, mf
2 8 ,1 ±13 , 6 μ g m - 3
BC, m f
10 , 6 ±6 , 4 μ g m -3
MP2,5, mf
17 , 2 ±11, 2 μ g m -3
BC, m f
3 , 4 ±2 , 5 μ g m - 3
MP2,5, mf
14 , 7 ±7 , 7 μ g m - 3
BC, m f
4 , 5 ±3 , 3 μ g m - 3
MP2,5, mf
7 , 3 ±3 ,1 μ g m - 3
Atlântico Sul
MAR / MAI 2008e
Amazônia
JUL / AGO 2008d
SET / OUT
2002d
i n s i tu , co n t
i n s i tu , n =6
São Paulo
Rio de Janeiro
Belo
Horizonte
J U N 2 0 07 AG O 2 0 0 8
i n s i tu , 2 4 h
Recife
SE do Brasil
(cerrado)
Goiânia
AG O 2 0 0 2 JUL 2003
M P2,5-10, mg
i n s i tu , co n t
câm ara, s em
túnel, n-10 a18
c;d
M P2,5, mf c;d
BC, mf
Alva lá et al., 200 4
Chen et al., 2010
Ahlm et al., 2010
Soto- G a r cía et al.,
2011
M ir a nda et al., 2011
1, 9 ±1,1 μ g m - 3
BC, m f
AB R 19 97 MAR 19 9 8
R eferência
c;d
22,6±14,4 μg m-3; 68,1±43,2 μg m-3
11,6±5,9 μg m- 3 ; 22,7±14,5 μg m-3
L a r a et al., 2005
2,1±0,9 μg m- 3 ; 4,2±2,2 μg m-3
E N 2 O, N A
35,3±31,46 g N ha - 1 ano - 1
E N 2 O, A A
30,7±39,19 g N ha - 1 ano - 1
E C H 4, N A
4 0 3 ±6 8 3 g C h a - 1 an o - 1
E C H 4, A A
2 4 5 ±57 2 g C h a - 1 an o - 1
To tal G E E, N A
7 , 8 ±9 , 4 kg C O 2 – e an o - 1
To tal G E E, A A
6 , 0 ±9 , 6 kg C O 2 – e an o -1
E BC, vl ; vp
16±5 mg km-1; 452±112 mg km-1
E M P 10 , vl ; vp
197±118 mg km-1; 755±401 mg km-1
M eta y et al., 2007
E MP2,5-10, mg, vl; vp 127±67 mg km-1; 715±585 mg km-1
E MP2,5, mf, vl; vp
92±20 mg km-1; 588±364 mg km-1
E N Ox , vl
1, 6 ±0 , 3 g km - 1
E N Ox , vp
2 2 ±10 g km - 1
E C O, vl
15 ±2 g km - 1
todos os modelos para melhorar a descrição da intera-
E C O, vp
21 ±5 g km - 1
Os GEE, com exceção do ozônio, são considerados pouco
ção aerossol-radiação e aerossol-nuvens, e assim buscar a
reativos (daí sua longevidade na atmosfera e signi-ficância
redu-ção das incertezas devido à descrição de processos
sobre o clima). Desta forma, a dispersão é considerada o
físicos envolvendo aerossóis em previsões climáticas.
a) número de amostras (n) e frequência de amostragem: contínua (cont), diária (24h), ou semanal (sem); b) concentração de material particulado com
diâmetro aerodinâmico 2,5 µm (MP2,5) ou 10 µm (MP10), moda fina (mf) ou grossa (mg), carbono total (C), carbono elementar (CE), black carbon (BC).
Emissão (E) de GEE em áreas aradas (AA) ou não aradas (NA), e emissão de gases e aerossóis por frota predominante de veículos leves (vl) ou pesados (vp);
c) estação chuvosa; d) estação seca.
São Paulo
MAR / MAI
2004
tú n el , co n t
S a nchez- Ccoyllo et
al., 200 9
7.5
M é tr i c a s e m e d i da s d o i m pac to d e g a s e s d e
e f e ito e s t u fa
Painel 7.1 - Métricas de Emissão: Definições e Formulações
Diferentes formulações de métricas de emissão são encontradas na literatura. As adotadas pelo IPCC são apresentadas abaixo.
O impacto de GEE no sistema climático pode ser expresso em
Outros gases que influen-ciam as reações químicas que ocor-
termos de métricas de emissões, as quais avaliam simultanea-
rem na atmosfera, como monóxido de carbono (CO), óxidos de
Potencial de Aquecimento Global (em inglês, Global Warming Potential, geralmente identificado como GWP) é
mente a quantidade de gás emitido e seu potencial impacto
nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis que não con-
uma métrica que estima a contribuição relativa de um determinado gás de efeito estufa para o aquecimento global
climático glo-bal. A estimativa do volume emitido de cada GEE
têm metano (NMVOC, da sigla em inglês), também poderão
em relação à mesma quantidade de um gás de referência, geralmente CO2, cujo GWP é definido como 1. A definição
é apenas um indicativo quantitativo da presença de gases na at-
ser incluídos no inventário brasileiro futuramente. A Figura 7.2
do GWP para um composto i é apresentada na equação 7.2:
mosfera. A contribuição efetiva de cada gás na atmosfera deve
apresenta dados preliminares do inventário de emissões de
ser ponderada pelo seu peso molecular, seu tempo médio de
GEE (MCT, 2009), agrupando-os em termos de emissão se-
permanência na atmosfera e pelo efeito de aquecimento cu-
gundo setores socioeconômicos. Na Figura 7.2 nota-se que, em
mu-lativo de cada gás. As métricas de emissão permitem com-
2005, o setor que mais contribuiu para a emissão de GEE no
parar o efeito potencial da emissão de vários GEE e auxiliam
Brasil foi o de mudança do uso do solo e floresta (58% das
nas formulações de políticas públicas em relação às mudanças
emissões totais do país). O segundo setor foi a agricultura (22%
do clima. Diferentes formulações de métricas de emissão são
do total), seguido pelos setores e-nergético (16%), tratamento
apresentadas na literatura (Kandlikar, 1996; Manne e Richels,
de resíduos (2%) e atividades industriais (2%).
2001; Shine et al., 2005), e aquelas utilizadas em inventários
(eq. 7.2)
Onde FRi é a FR do composto i ao longo do tempo t, FRr é a FR do gás de referência r ao longo do tempo t, e tf é o período de tempo para o qual
se pretende estimar o GWPi.
Outro esforço nacional para contabilizar a emissão de
GEE é o Programa Brasileiro GHG Protocol, implementado em
O Potencial de Aquecimento Global é calculado sobre um intervalo de tempo específico, o qual deve ser declarado
Há um grande esforço nacional para se estimar a emissão
2008. Este programa é uma iniciativa do Centro de Estudos
juntamente com o valor de GWP. Como exemplo, o potencial de aquecimento global do gás metano em 100 anos
de GEE no território brasileiro. O Brasil, como signatário da Con-
em Sustentabilidade, da Fundação Getúlio Vargas, e do World
é 21 vezes maior do que o potencial do CO2, o que significa que uma tonelada de metano absorve 21 vezes mais
venção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas
Resources Institute (WRI)7, em parceria com o Ministério do
radiação do que uma tonelada de CO2. Interessante observar que o GWP do óxido nitroso (N2O) é 310.
(UNFCCC, da sigla em inglês), tem como uma de suas princi-
Meio Ambiente, o Conselho Empresarial Brasileiro para o
pais obrigações a elaboração e a atualização perió-dica do In-
Desenvolvimento Sustentável e o World Business Council for
Potencial de Temperatura Global (em inglês, Global Temperature Potential, GTP) indica o potencial da variação
ventário Nacional de Emissões e Remoção Antrópica de Gases
Sustainable Development. Esse programa tem o objetivo de
da temperatura à superfície devido à emissão de um determinado gás de efeito estufa, adotando-se como referência
de Efeito Estufa. O pri-meiro inventário brasileiro de GEE foi
promover, por meio de engajamento e capacitação técnica
a emissão de um determinado gás, comumente o CO2 (Shine et al., 2005). A definição do GTP para um composto i
publicado em 2004 (MCT, 2004), e incluía dados de emissão
e institucional, uma cultura corporativa de caráter voluntário
é apresentada na equação 7.3:
e sequestro de GEE para o período entre 1990 e 1994. Dados
para a identificação, o cálculo e a elaboração de inventários
mais recentes foram publicados no Segundo Inventário Nacio-
de emissões de GEE (http://www.ghgprotocolbrasil.com.br/;
nal, que apresenta valores referentes aos anos de 1990 e 2005,
Rusilo e Mañas, 2010).
e relatórios oficiais brasileiros são apresentadas no Painel 7.1.
e utiliza a metodologia do IPCC e da UNFCCC (MCT, 2009).
Associado ao desenvolvimento metodológico (Brasil et
Os GEE incluídos nos inventários oficiais são mostrados na
al., 2007, 2008; Carvalho et al., 2007), à elaboração e à atual-
Tabela 7.3, juntamente com suas prin-cipais fontes de emissão.
ização de inventários para estimar a quantidade de emissão
Esses GEE são aqueles reconhecidos internacionalmente pela
e remoção de GEE, existe um grande esforço da comunidade
ratificação do Protocolo de Quioto: dióxido de carbono (CO2),
científica brasileira de identificar e estudar o perfil das fontes
metano (CH4), óxido nitroso (N2O), hexafluore-to de enxofre
de emissão dos GEE. Nesta seção são apresentados alguns
(SF6), hidrofluorcarbonos (HFC) e perfluorcarbonos (PFC).
desses trabalhos.
7. O WRI é referência internacional para elaboração de inventários corporativos de GEE. Os inventários corporativos têm como principal relator as indústrias (privadas
ou publicas) de diversos setores econômicos.
(eq. 7.3)
Onde ∆Titf é a variação de temperatura à superfície devido ao composto i no intervalo de tempo tf e ∆Tr tf é a variação de temperatura à superfície
devido ao gás de referência r no mesmo intervalo de tempo tf.
Dióxido de Carbono Equivalente (em inglês, Carbon Dioxide Equivalent, CO2-e) é uma métrica obtida através da
multiplicação das toneladas emitidas de GEE por seu potencial de aquecimento global. Esta métrica é utilizada para
comparar as emissões de vários gases de efeito estufa baseado no potencial de aquecimento global de cada gás em
um horizonte de tempo determinado.
7.5.1 As fontes de emissões de gases de efeito estufa
Os estudos e dados obtidos pela comunidade científica
que em 1994 sua participação foi de 74,1%. O aumento de
têm contribuído para a elaboração do inven-tário nacio-
todas as fontes dos GEE, exclu-ídos a mudança do uso do
nal de emissões de GEE, sob coordenação do Ministério
solo e o desmatamento, foi de 41,3% durante o período
Tabela 7.3 - Gases responsáveis pelo efeito estufa no Brasil e suas respectivas fontes de emissão.
GEE
FO NT E S D E E M I S SÃO
Mu d an ça n o u s o d o s o l o e d es fl o res tam en to
CO2
Qu ei m a d e co m b u s tí vei s fó s s ei s (u s o d e co m b u s tí vei s fó s s ei s p ri n ci p al m e nte pelos setor es
en érgi co , i n d u s tri al e d e tran s p o r tes )
de Ciência e Tecnologia. O co-nhecimento do perfil de
de 1994-2005. O Climate Analysis Indicators Tool (CAIT)
emissões de GEE ajuda a estabelecer estratégias, metas e
do World Resources Institute estimou um crescimento
Em i s s õ es fu gi ti vas (m i n eração d e car vão , e x tração e tran s p o r te d e p etró leo e gá s na tur a l)
planos para a re-dução e a gestão das emissões. A metodo-
maior desse subconjunto de fontes, equivalente a 48,9%
P ro ces s o s i n d u s tri ai s (p ro d u ção d e ci m en to , cal , am ô n i a, al u mínio)
logia adotada para contabilizar essas emissões foi baseada
das emissões em 2009 (WRI, 2009). O total de emissão
em observações experimentais locais ou regionais durante
apresentado nessa referência foi de 1005 Mt CO2-e, inclu-
Qu ei m a d e co m b u s tí vei s fó s s ei s (u s o d e co m b u s tí vei s fó s s ei s p ri n ci p al m e nte pelos setor es
en ergéti co , i n d u s tri al e d e tran s p o r tes )
períodos limitados do ano, que foram extrapoladas para
indo as emissões de CH4 e N2O, mas excluindo LUCF. A
todo o país. Essa metodologia inviabiliza uma análise tem-
maior parcela de emissões de CO2 no Brasil é devido a
poral detalhada do comportamento das emissões. Adicio-
LUCF (76% das emissões totais de CO2), em particular as-
Tratam en to d e res í d u o s (l i x o e es go to i n d u s tri al e d o m és tico)
nalmente, observou-se que os inventários não apresenta-
sociada à conversão da floresta em agropecuária (MCT,
Em i s s õ es fu gi ti vas (m i n eração d e car vão , e x tração e tran s p o r te d e p etró leo e gá s na tur a l)
ram as incertezas experimentais, inerentes a todo processo
2004, 2009). O desmatamento é causado pelo processo
P ro ces s o s i n d u s tri ai s (i n d ú s tri a q u í m i ca)
de medida, associadas às emissões. Resultados de emissão
de derrubamento de árvores e por incêndios florestais.
de GEE e suas incertezas são importantes para identificar
Reservatórios de hidroelétricas são sistemas aquáti-
e avaliar o perfil das fontes de emissões e também para
cos artificiais, e têm sido identificados como emissores de
projetar cenários futuros de emissões ou reduções das
quantidades significativas de GEE (Fearnside, 2004; Ke-
concentrações de GEE. As estimativas das emissões são
menes et al., 2007; Rosa et al., 2004; Santos et al., 2005,
necessárias para a análise de medidas mitigadoras dos
2006, 2008; St Louis et al., 2000), principalmente CO2 e
efeitos do aquecimento global, sejam elas a escolha de
CH4. A emissão de CO2 em reservatórios ocorre devido à
tecnologias de controle, as avaliações de custos de abati-
decomposição aeróbica de biomassa de floresta morta. O
mento, ou as ponderações da participação de cada fonte e
CH4 é produzido principalmente por bactérias que partici-
de cada país nas emissões globais (OECD, 1991).
pam do ciclo de decomposição subaquática do carbono
Os resultados comunicados pelos inventários de
existente na matéria orgânica remanescente da época da
emissões de GEE indicam que o Brasil contribui significa-
formação da represa, ou na ma-téria transportada, na forma
tivamente para as emissões globais desses gases (Cam-
de sedimentos, pelos rios que deságuam no reservatório
pos et al., 2005; Cerri et al., 2009). As fontes de emissões
(Giles 2006; Rosa et al., 2004). O CH4 permanece dissolvi-
advêm principalmente do uso do solo e da mudança de
do na água, principalmente nas camadas mais profun-das
cobertura do solo (LUCF, da sigla em inglês) (51,9% do
do reservatório, e escapa para a atmosfera quando passa
total de emissões de GEE), queima de combustíveis fósseis
pelas turbinas e pelos vertedouros de usinas hidrelétricas.
(16,8%), fermentação entérica devido ao manejo de gado
As estimativas oficiais brasileiras apenas consideraram as
(12,0%), solos agrícolas (9,3%), e outras fontes (10,0%).
emissões que ocorre-ram na área superficial da represa, o
No contexto geral, a emissão total de GEE em equivalente
que representa uma fração relativamente pequena do im-
de CO2 aumentou em 17,0% durante o período de 1994
pacto total do gás (Fearnside, 2004). Santos (2000) apre-
a 2005 (Cerri et al., 2009), sendo o CO2 responsável por
sentou uma metodologia para contabilizar as e-missões
72,3% do total. De acordo com os autores, houve uma
de GEE derivadas de diferentes reservatórios hidrelétricos
pequena diminuição em relação aos outros GEE, uma vez
brasileiros e extrapolar os valo-res para o parque hidrelé-
CH4
Agro p ecu ári a (ferm en tação en téri ca, m an ej o d e d ej eto s d e an i m ai s , cultur a de a r r oz,
q u ei m a d e res í d u o s agrí co l as )
Qu ei m a d e co m b u s tí vei s fó s s ei s (u s o d e co m b u s tí vei s fó s s ei s p ri n ci p al m en te no setor industr ia l)
N 2O
P ro ces s o s i n d u s tri ai s (i n d ú s tri a q u í m i ca - p ro d u ção d e áci d o n í tri co e a dípico)
Agro p ecu ári a (p ri n ci p al m en te as s o ci ad o ao m an ej o d e d ej eto s d e an i m ais, solos a gr ícola s,
q u ei m a d e res í d u o s agrí co l as )
Tratam en to d e res í d u o s (es go to d o m és ti co )
H F H, P F C, S F 6
Es tes gas es n ão e x i s ti am o ri gi n al m en te n a n atu reza, s en d o p ro d u zi d o s em pr ocessos industr ia is,
p ri n ci p al m en te n o co n s u m o em eq u i p am en to s d e refri geração e elétr icos,
e n a p ro d u ção d e al u m í n i o .
G E E I n d ir eto a
Qu ei m a d e co m b u s tí vei s fó s s ei s (u s o d e co m b u s tí vei s fó s s ei s p ri n ci p al m en te pelos setor es ener géti co , i n d u s tri al , d e tran s p o r te e res i d en ci al )
CO
P ro ces s o s i n d u s tri ai s (i n d ú s tri a q u í m i ca, i n d ú s tri a d e al u m í n i o e p ap el e celulose)
Agro p ecu ári a (can a-d e-açú car e al go d ão )
Qu ei m a d e co m b u s tí vei s fó s s ei s (u s o en ergéti co d e co m b u s tí vei s fó s s ei s p ri n cipa lmente nos setor es
en ergéti co , i n d u s tri al , d e tran s p o r te e res i d en ci al )
NO2
P ro ces s o s i n d u s tri ai s
Agro p ecu ári a (q u ei m a d e res í d u o s d e can a-d e-açú car e al go dã o)
Qu ei m a d e co m b u s tí vei s fó s s ei s (u s o en ergéti co d e co m b u s tí vei s fó s s ei s p ri n cipa lmente nos setor es
en ergéti co , i n d u s tri al , d e tran s p o r te e res i d en ci al )
N MVO C b
P ro ces s o s i n d u s tri ai s (i n d ú s tri a q u í m i ca, d e al u m í n i o , p ap el e cel u l o s e, e d e a limentos e bebida s)
U s o d e s o l ven tes
a) Gases que influenciam as reações químicas na troposfera, e que indiretamente exercem aquecimento da atmosfera; b) Compostos orgânicos voláteis exceto
metano, da sigla em inglês.
trico do país. As estimativas das taxas de emissão foram
lada para toda a represa. Diversos estudos têm concen-
com a atividade solar, são estatisticamente coerentes com
A Tabela 7.4 mostra a compilação das estimativas,
baseadas em da-dos observados em experimentos real-
trado particular atenção à emissão de GEE nos afluentes
registros de outros locais do planeta? Essas questões subja-
apresentadas neste capítulo, de efeitos radiativos e da for-
izados em sete hidrelétricas brasileiras com característi-
do Rio Amazonas (Devol et al., 1988; Kemenes et al.,
centes são relevantes para a discussão da FR, uma vez que a
çante radiativa natural e antrópica, com ênfase no Brasil
cas distintas. O estudo mostrou que a fonte de emissão
2007; Richey et al., 2002; Santos et al., 2008). Devol e
atividade solar pode exercer impactos globais em escalas de
e na América do Sul. A tabela indi-ca a região geográfica
advinda de hidrelétricas variou de acordo com o tipo
colaboradores (1988) mediram fluxos de CH4 em áreas
décadas a séculos, e os fenôme-nos físicos que descrevem
para a qual as estimativas foram realizadas, o nível verti-
de ecossistema pré-existente inundado (e.g., floresta,
de alagamento pelo Rio Amazonas durante o início do
as interações entre o Sol e a atmosfera terrestre, incluindo
cal na atmosfera a que se referem, seu domínio temporal
cerrado, caatinga, etc.), idade do lago (anos), potência
período chuvoso. A emissão média encontrada foi de
processos de retroalimentação do ciclo hidrológico, ainda
(impacto instantâneo, médias de 24 horas, ou de 1 ano),
gerada (MW) e densidade superficial de potência de
75 kg C km-2 dia-1 em área de floresta alagada, 90 kg C
não foram adequadamente estudados.
e as fontes principais de dados utilizadas nos cálculos
funcionamento (Wm 2). A metodologia usada foi por
km-2 dia-1 em lagos, e 590 kg C km-2 dia-1 em áreas de
amostragem em diversos pontos da represa e extrapo-
plantas flutuantes.
F i g . 7. 2
2005
1990
2%
2%
16%
16%
2%
2%
58%
55%
25%
Mudança de uso
da Terra e Florestas
Agropecuária
Processos
industriais
Energia
Tratamento de
Resíduos
22%
Figura 7.2 – Resultados preliminares do Ministério da Ciência e Tecnologia das emissões de gases de efeito estufa no Brasil, por setor econômico.
(Fonte: adaptação de MCT, 2009).
Em escalas de milhares de anos, as oscilações or-
(resultados de modelo, dados de satélite, etc.). Note-se
bitais são determinantes para o clima do planeta, mas
que apenas estimativas para o topo da atmosfera (TDA
no presente, em escalas de tempo relevantes para a vida
na Tabela 7.4) correspondem à de-finição formal de for-
humana, sua influência é mínima. Den-tre os agentes
çante radiativa. Alguns autores apresentam intervalos de
climáticos atuais discutidos neste capítulo, os mais signifi-
estimativas, denota-dos por valores entre colchetes. Para
cativos em magnitude, no Brasil, são os efeitos radiativos
a aplicabilidade em modelos climáticos, convém apresen-
de nuvens, a forçante radiativa dos gases de efeito estufa,
tar forçante radiativa em médias diárias, como efetuado
a forçante de mudança de uso do solo, e a dos aerossóis
pela maioria dos autores na Tabela 7.4, mas em alguns
emitidos por fontes antrópicas. No caso das nuvens, esse
trabalhos o intervalo de tempo utilizado para a obtenção
efeito radiativo é natural. Quando suas propriedades são
da estimativa não é explicitado. Nas referências indicadas
alteradas pela ação humana (e.g., efei-tos indiretos de
na Tabela 7.4, muitas vezes a estimativa é obtida sem in-
aerossóis, mudança de propriedades da superfície, entre
formar o intervalo de comprimento de onda considerado
outros), pode haver proces-sos de retroalimentação com
nos cálculos. Cabe ainda notar que o tipo de superfície
impactos sobre o ciclo hidrológico, causando alterações
conside-rado nas estimativas é fundamental para a inter-
na disponibi-lidade de água doce, ou na frequência de
pretação do resultado. Por exemplo, tipicamente para um
ocorrência de eventos extremos de precipitação, como
mesmo aerossol de queimadas na Amazônia, a forçante
secas ou tempestades severas.
radiativa direta apresenta maior magni-tude sobre super-
No Brasil, a principal fonte de gases de efeito estufa
e aerossóis antrópicos é a queima de biomassa, utilizada
7.6
O b s e r vaç õ e s f i n a i s e r e co m e n daç õ e s
fícies de baixa refletância (e.g., florestas), e menor sobre
superfícies mais brilhantes (e.g., cerrado).
como ferramenta de limpeza de área de cultivo, na mu-
A Tabela 7.4 indica que as nuvens constituem o
dança da cobertura do solo, especi-almente na região
agente climático mais importante do ponto de vista
amazônica, e também devido ao cultivo de cana-de-açú-
de balanço de radiação, reduzindo em até 110 Wm 2 a
car. No caso dos gases de efeito estufa, grande parte do
incidência de radiação à superfície (Betts et al., 2009),
Este capítulo apresentou uma revisão de trabalhos científi-
duas questões, ainda em aberto, complementares à estima-
esforço das pesquisas no Brasil se concentra na elabo-
e contribuindo com cerca de +26 Wm 2 no topo da
cos e documentos que analisaram diversos aspectos rela-
tiva de sua FR: 1) Qual a influ-ência da atividade solar sobre
ração de inventá-rios de emissão, não se encontrando
atmosfera (Miller et al., 2001). Cabe ressaltar que a par-
cionados à forçante radiativa de agentes climáticos naturais
a atmosfera superior, incluindo a ionosfera e a camada de
estimativas da forçante radiativa desses gases. Com rela-
tição ou a distribuição vertical de nuvens desempenha
e antrópicos. Uma parte significativa dos trabalhos avaliou
ozônio es-tratosférico, e a interação dessas camadas atmos-
ção aos aerossóis antrópicos, existem estimativas de suas
um papel fundamental na quantificação desse efeito ra-
efeitos climáticos relevantes sobre o Brasil, sem, no en-
féricas com a circulação troposférica global?; 2) As periodi-
forçantes radiativas, direta e indireta, especial-mente para
diativo: nuvens altas tendem a contribuir com um efeito
tanto, quantificar a FR propriamente dita. Com relação a
cidades observadas no registro de variáveis meteorológicas
emissões de queimadas, inclusive avaliando-se sua distri-
de aquecimen-to da coluna atmosférica, enquanto nu-
efeitos climáticos devido à atividade solar, iden-tificam-se
e ambientais, no Brasil, e even-tualmente correlacionadas
buição espacial e temporal.
vens baixas tendem a resfriá-la. Justamente pelo fato de
as nuvens desempenharem um papel tão significativo
erupções vulcânicas, nem à formação de trilhas de con-
no balanço de energia do planeta, as incertezas na sua
densação pelas atividades da aviação comercial. Essas for-
distribuição vertical, bem como nas estimativas de suas
çantes radiativas, por ora desconhecidas, podem, ou não,
demais características físicas, preci-sam ser adequada-
ser comparáveis àquelas devido a gases de efeito estufa
mente exploradas em modelos climáticos para que os
e aerossóis antrópicos, que foram identificados pelo IPCC
cálculos de transferência radiativa na atmosfera sejam
AR4 como os dois principais agentes climáticos an-trópi-
consistentes com medidas experimentais.
Para o efeito direto de aerossóis sobre a Amazônia,
cos para o planeta. A única estimativa da forçante radia-
Tabela 7.4 – Quantificação da forçante radiativa do aerossol antrópico, da mudança no uso do solo e do
efeito radiativo de nuvens sobre o Brasil e a América do Sul.
Agente
R egião
Am azô n i a
Nuvens
Uso do Solo
Am azô n i a
Am azô n i a
tiva antrópica devido à alteração do albedo da superfície,
Am azô n i a
considerando-se a média ponderada dos valores no topo
numa região de desflorestamento na Amazônia, mostra
da atmosfera, para autores que informaram as incerte-
esse agente climático com magnitude semelhante à da
zas de suas estimativas (Patadia et al., 2008; Procopio
forçante radiativa de aerossóis de queimada. Porém, cabe
et al., 2004; Sena et al., 2011), obtém-se -8,0±0,5 Wm
ressaltar que o desmatamento na Amazônia tem caráter
2. Esse valor é compatível com a estimativa da forçante
virtualmente “permanente” (i.e., a maioria das áreas
radiativa de mudança do uso do solo na Amazônia, de
degradadas em geral não volta a ser recomposta como
Aerossol antrópico
cerca de -7,3±0,9 Wm 2 (Sena et al., 2011), devido ao
floresta primária), enquanto aerossóis de queimada têm
Efeito Direto
desmatamento de uma região florestada em Rondônia.
vida média da ordem de dias. Essas observações indicam
As estimativas de forçante radiativa para os efeitos
a necessidade de se realizar estudos mais aprofundados
Am azô n i a
Am éri ca d o Su l
Am éri ca d o Su l
Am azô n i a
indiretos de aerossóis apresentaram uma ampla gama
sobre essa forçante, originada nos processos de mudança
de valores. A maioria dos resultados tem sinal nega-
de uso do solo, em especial incluindo-se o efeito da ur-
Am azô n i a
tivo, variando entre cerca de -9,5 e -0,02 Wm 2 para
banização histórica e da expansão agropecuária em nível
Fl o res ta
diferentes tipos de superfície, indicando condições de
nacional, em várias escalas temporais.
Cerrad o
Condição a Valor b
(Wm -2 )
SUP, 24he
[-110 ; -5 0 ]
SUP,24he
-76
T D A, 2 4 h e
+2 6
TDA
-2 3 , 7 ±2 , 8
SUP,24he
-7 , 3 ±0 , 9
SUP,24hd
-3 9 , 5 ±4 , 2
AT M, 2 4 h
+31, 2 ±3 , 6
d
T D A, 2 4 h d
-8 , 3 ±0 , 6
T D A, 2 4 h e
-16 , 5
T D A, 2 4 h e
-1, 8
AT M, 2 4 h
+2 , 9
e
-7 , 6 ±1, 9
rad i ati vo
Pa ta dia et a l., 200 8
rad i ati vo
Sena et a l., 2011
R e vi s ão d a l i teratu ra
L ohma nn e Feichter , 2005
S atél i te, m o d el o rad i ati vo
Ka ufma n et a l.,
2005
s atél i te
S atél i te
L iu, 2005
rad i ati vo
Ka ufma n et a l.,
2005
s atél i te
-5 , 6 ±1, 7
-6 , 2 ±1, 9
T D A, 2 4 h
-4 , 6 ±1, 6
Am éri ca d o Su l
[-0 ,10 ; -0 , 0 2 ]
radiativa no Brasil devido ao aerossol de origem urbana,
políticas e econômicas diante das mudanças climáticas
T D A, an u al
ind
[-5 , 0 0 ; -0 , 0 5 ]
ao aerossol natural de poeira oriunda da África, ou de
que vêm atuando no país.
Am a zô n iza
T D A, 2 4 h c
-9 , 8
T D A, 2 4 h e
-11, 3
SUP,24h
-8 , 4
de tempo e clima. Tais modelos são ferramentas im-
Não se encontraram trabalhos discutindo a forçante
Total aerossóis
e nuvens
Am ér ica d o Su l
Ka ufma n et a l.,
2005
T D A, 2 4 h
portantes para instrumentalizar a tomada de decisões
modelos climáticos.
Efeitos indiretos
rad i ati vo
-13 , 0 ±3 , 9
[-5 ; +2 0 ]
tos resultarão em melhorias nos mo-delos de previsão
L iu, 2005
TDA
T D A, 2 4 h i n d
o Brasil possa ser adequadamente representado em
Am éri ca d o Su l
forçantes e aprimorar a compreensão de seus impac-
Pr ocópio et a l.,
200 4
S atél i te
-9 , 5
para que esse componente da forçante antrópica sobre
Aerossol antrópico
Sen s . rem o to , m o d el o
rad i ati vo
[-1, 0 ; -0 , 2 ]
T D A,
2 4 h e, i n d
no Brasil. Conhecer com precisão a magni-tude dessas
Sena et a l., 2011
T D A an u al
-1, 5
estudos de caracterização e verificações independentes,
rad i ati vo
T D A, 2 4 h e
al b
cunas significativas em estudos de forçantes radiativas
M iller et a l., 2011
s atél i te
-1, 9 ±1, 3
Amazônia. Este é um tópico que ainda necessita de mais
Mo d el o cl i m áti co
[-3 5 ; -10 ]
T D A, 2 4 h c
al b
deste capítulo coloca em evidência a existência de la-
Betts et a l., 200 9
SUP,24
Global,
sobre continentes
obtiveram valores positivos para essa forçante sobre a
Mode l o c l i mát i c o, s at é l i t e
[-8 ; -1 ]
h
T D A, 2 4 h
al b
A análise dos trabalhos utilizados na elaboração
R eferência
T D A, 2 4 h
Hem i s féri o Su l
resfriamento climático. No entan-to, Zhang et al. (2008)
Fonte Dados
c
e
-0 , 70 ±0 , 4 5
T D A, 2 4 h
[-10 ; +15 ]
SUP,24h
[-3 5 ; -5 ]
a) Indica a posição vertical na coluna atmosférica (TDA: topo da atmosfera; SUP: superfície; ATM: coluna atmosférica) para a estimativa em questão, o domínio temporal de cálculo
(valor instantâneo, média de 24h ou média anual), e o componente do efeito indireto analisado (alb: albedo; ind: total dos efeitos indiretos); b) Valores entre colchetes indicam
intervalos de mínimo e máximo apresentados nas referências. Quando disponíveis, as incertezas apresentadas pelos autores são indicadas; c) Domínio temporal presumido (não
informado explicitamente na referência); d) Estado de referência com profundidade óptica de aerossóis de 0,11; e) Estado de referência com profundidade óptica de aerossóis de 0,06.
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