Forçante radiativa natural e antrópica - plutao:80
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Forçante radiativa natural e antrópica - plutao:80
7 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. 278 Painel brasileiro de mudanças climáticas 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 Atl ân ti co tro p i cal 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 Atl ân ti co tro p i cal 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. 280 Painel brasileiro de mudanças climáticas 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 S atél i te, m o d el o rad i ati vo Ka ufma n et a l., 2005 Mo d el o cl i m áti co , s atél i te Zha ng et a l., 200 8 S atél i te Qua a s et a l., 200 8 S atél i te, m o d el o rad i ati vo Pa ta dia et a l., 200 8 S atél i te, m o d el o 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 Mo d el o cl i m áti co , s atél i te Zha ng et a l., 200 8 S atél i te Qua a s et a l., 200 8 Mo d el o cl i m áti co , m ed i d as i n -s i tu L iu, 2005 S atél i te, m o d el o rad i ati vo Ka ufma n et a l., 2005 Mo d el o cl i m áti co , s atél i te Zha ng et a l., 200 8 -4 , 6 ±1, 6 Hem i s féri o Su l Atl ân ti co tro p i cal 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. Forçante radiativa natural e antrópica 281 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 282 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 283 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 284 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 285 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 286 Painel brasileiro de mudanças climáticas 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. Forçante radiativa natural e antrópica 287 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. 288 Painel brasileiro de mudanças climáticas 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. Forçante radiativa natural e antrópica 289 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 290 Painel brasileiro de mudanças climáticas 7. 2 . 3 E vid ê ncias do aporte de aerossol mineral da Á frica para o B rasil Forçante radiativa natural e antrópica 291 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- 292 Painel brasileiro de mudanças climáticas Cloud Climatology Project) (Schiffer e Ros-sow, 1983) e o ERBE (Wielicki e Green, 1989). Forçante radiativa natural e antrópica 293 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 αcloud:ERA-INT 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 294 Painel brasileiro de mudanças climáticas 350 Irradiância (nuvem) - Irradiância (céuclaro) Irradiância (céuclaro) Forçante radiativa natural e antrópica 295 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). 296 Painel brasileiro de mudanças climáticas 5. Estimativas anuais de desflorestamento disponíveis em http://www.obt.inpe.br/prodes/index.html Forçante radiativa natural e antrópica 297 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). 298 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 299 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 300 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 301 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- 302 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 303 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. 304 Painel brasileiro de mudanças climáticas São Paulo MAR / MAI 2004 tú n el , co n t S a nchez- Ccoyllo et al., 200 9 Forçante radiativa natural e antrópica 305 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. 306 Painel brasileiro de mudanças climáticas (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. Forçante radiativa natural e antrópica 307 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 Mu d an ça n o u s o d o s o l o e d es fl o res tam en to 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- 308 Painel brasileiro de mudanças climáticas 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 ) Mu d an ça n o u s o d o s o l o e d es fl o res tam en to 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 ) Mu d an ça n o u s o d o s o l o e d es fl o res tam en to 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) Mu d an ça n o u s o d o s o l o e d es fl o res tam en to 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. Forçante radiativa natural e antrópica 309 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 310 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 311 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 Atl ân ti co tro p i cal 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 S atél i te, m o d el o rad i ati vo Pa ta dia et a l., 200 8 S atél i te, m o d el o 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 Mo d el o cl i m áti co , s atél i te Zha ng et a l., 200 8 S atél i te Qua a s et a l., 200 8 Mo d el o cl i m áti co , m ed i d as i n -s i tu L iu, 2005 S atél i te, m o d el o rad i ati vo Ka ufma n et a l., 2005 Mo d el o cl i m áti co , s atél i te Zha ng et a l., 200 8 -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 Atl ân ti co tro p i cal 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 Atl ân ti co tro p i cal 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 S atél i te, m o d el o 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 Mo d el o cl i m áti co , m ed i d as i n -s i tu Qua a s et a l., 200 8 Am éri ca d o Su l forçantes e aprimorar a compreensão de seus impac- Atl ân ti co tro p i cal 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, S atél i te, m o d el o rad i ati vo Zha ng et a l., 200 8 T D A, 2 4 h e al b cunas significativas em estudos de forçantes radiativas M iller et a l., 2011 Mo d el o cl i m áti co , 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. 312 Painel brasileiro de mudanças climáticas Forçante radiativa natural e antrópica 313 refer ê ncias Ahlm, L., Nilsson, E. D., Krejci, R., Martensson, E. M., Vogt, M., & Artaxo, P. (2010). 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