O que são aerossóis? - DSR

Sensoriamento Remoto do
Clima
Milton Kampel
Ministério da Ciência e Tecnologia
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

O que são aerossóis?
 São
pequenas (ou minúsculas) partículas em suspensão
na atmosfera
 Algumas ocorrem naturalmente, de origem vulcânica,
tempestades de areia, florestas e queimadas de
pastagens, vegetação e spray marinho
 Atividades humanas, tais como queima de combustíveis
fósseis e alterações da cobertura natural do solo
tembém produzem aerossóis
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

O que são aerossóis?
 Fazendo
a média global, os aerossóis gerados a partir
de atividades antropogênicas contabilizam atualmente
cerca de 10% da quantidade total de aerossóis na
atmosfera (Hardin e Kahn, 2010)
 A maior parte desses 10% está concentrada no
hemisfério norte, principalmente a favor dos ventos
(downwind) nas zonas industriais, corte e queima de
áreas agrícolas e excesso de conversão de pradarias
em pastagens
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

Ainda é preciso se aprender muito sobre a
forma como os aerossóis afetam o clima
regional e global
 Temos
que quantificar com precisão os impactos
relativos sobre o clima advindos dos aerossóis naturais
ou daqueles de origem antrópica
 Além disso, não sabemos em que regiões do planeta, a
quantidade de aerossóis na atmosfera está
aumentando, diminuindo ou se mantendo mais ou
menos constante
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

Em geral, ainda não sabemos com certeza se
os aerossóis estão ajudando a aquecer ou
resfriar o planeta
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Aerossóis e Mudanças Climáticas
Partículas de aerossóis
maiores que ~1 micrometro
são produzidas pela poeira
eólica e sal marinho do
spray e estouro de bolhas
do mar
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Aerossóis menores que ~1
micrometro são geralmente
formados por processos de
condensação como na
conversão de dióxido de
enxofre (SO2), lançado a
partir de erupções
vulcânicas, em partículas de
sulfato, e pela formação de
fuligem e fumaça liberadas
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por queimadas
Poeira eólica
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Poeira eólica
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Aerossóis e Mudanças Climáticas
Após a formação, os
aerossóis são misturados e
transportados pela
circulação atmosférica
São removidos
principalmente pela
formação de nuvens e
precipitação
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

Porque nos preocupar com os aerossóis?
 Aerossóis
tendem a causar resfriamento da superfície
da Terra imediatamente abaixo deles
 Uma vez que a maioria dos aerossóis reflete a luz solar
de volta para o espaço, eles tem um efeito direto de
resfriamento, pela redução da quantidade de radiação
solar que atinge a superfície
 A intensidade deste efeito depende do tamanho e
composição das partículas aerossóis, e das
propriedades refletivas da superfície subjacente
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

Efeitos indiretos
 Os
aerossóis também podem ter efeitos indiretos sobre
o clima, alterando as propriedades das nuvens
 Na verdade, sem aerossóis na atmosfera não haveriam
nuvens !
 As pequenas partículas dos aerossóis funcionam como
sementes para iniciar a formação de gotículas de
nuvens
 Com o aumento da concentração de aerossóis dentro da
nuvem, a água dentro dela se espalha por mais
partículas, cada uma delas correspondentemente
menores
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

Efeitos indiretos
 Partículas
menores caem mais lentamente na atmosfera
e com isso, diminuem a quantidade de chuva
 Desta forma, alterando os aerossóis na atmosfera pode
provocar mudanças na frequencia de ocorrência de
certas nuvens, sua espessura e quantidades de chuva
 Se a concentração de aerossóis fosse mais alta, seria
esperado haver maior formação de nuvens
 Uma vez que não se espera que a quantidade de água
condensada nas nuvens se altere significativamente, a
queda média deve ser menor
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Aerossóis e Mudanças Climáticas

Consequencias – são duas:
 Nuvens
com gotas menores refletem mais luz, e
 Essas nuvens duram mais, porque leva mais tempo para
coalescer pequenas gotas em gotas maiores que sejam
grandes o suficiente para “cair no chão”
 Ambos os efeitos aumentam a quantidade de luz solar
que é refletida para o espaço sem alcançar a superfície
da Terra
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Aerossóis e Mudanças Climáticas
Nuvens, com baixa
concentração de aerossóis e
poucas gotas não espalham
muita luz e permitem a
passagem da luz solar até a
superfície
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Aerossóis e Mudanças Climáticas
Altas concentrações de
aerossóis nas nuvens
fornecem os pontos de
nucleação necessários para
a formação de muitas gotas
de água líquida
Cerca de 90% da radiação
visível (luz) é refletida de
volta para o espaço sem
atingir a superfície da Terra
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Estudos científicos de aerossóis

Partículas aerossóis podem ser sólidas ou
líquidas
 Variam
em tamanhos de 0,01 micron a dezenas de
microns
 P.ex., partículas de fumaça de cigarro estão no meio
desta faixa de tamanhos e gotas de nuvens tem
tipicamente 10 ou mais microns em diâmetro
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Estudos científicos de aerossóis

Em condições normais, a maioria dos
aerossóis forma uma fina camada de haze
(bruma) na baixa atmosfera (troposfera)
 Ali,
podem ser lavados do ar pela chuva no prazo médio
de uma semana

Aerossóis também podem ser encontrados em
uma parte da atmosfera logo acima da
troposfera (estratosfera)
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Estudos científicos de aerossóis

Erupções vulcânicas
 Severas
erupções como a do Monte Pinatubo nas
Filipinas em 1991, ou na Islândia em 2010, podem
colocar uma grande quantidade de aerossóis na
estratosfera
 Como não chove na estratosfera, estes aerossóis
podem permanecer por muitos meses, produzindo
bonitos por-do-sol e, possivelmente, causando
diminuição das temperaturas médias de verão
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Estudos científicos de aerossóis

Erupções vulcânicas
 Estudos
indicam que o Monte Pinatubo injetou ~20
milhões de toneladas de dióxido de enxofre na
atmosfera
 Isto resfriou as temperaturas médias globais no ano
seguinte em cerca de meio grau
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Aerossóis e Mudanças Climáticas
Quando os vulcões entram
em erupção, eles lançam
nuvens gigantescas na
atmosfera.
Estas nuvens são feitas de
partículas e gases, como
dióxido de enxofre.
Milhões de toneladas de SO2
podem assim atingir a
estratosfera
Com a ajuda do vapor de
água, o SO2 é convertido em
ácido sulfúrico (H2SO4) –
aerossóis ácidos e
persistentes
Simmon, R., Goddard DAAC
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Aerossóis e Mudanças Climáticas
Estima-se que as erupções
vulcânicas sejam
responsáveis pelo
resfriamento global que é
observado durante um
período de alguns anos após
grandes eventos.
A intensidade e extensão do
resfriamento depende da
força da erupção e,
possivelmente, na sua
localização relativa em
relação à circulação
atmosférica, padrões de
ventos, etc.
Simmon, R., Goddard DAAC
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Estudos científicos de aerossóis

Tipos de aerossóis
 Nos
últimos 30 anos, foram identificados vários tipos de
aerossóis
 Foram desenvolvidas idéias e teorias sobre a
quantidade e distribuição de aerossóis em diferentes
épocas do ano e locais
 Mas, ainda falta detalhar melhor as propriedades e
processos necessários para calcular os efeitos sobre a
temperatura de superfície
 Isto só se torna possível se formos capazes de fazer
medições em escala global
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Dados - Modelos

A-Train: AURA, PARASOL, CALIPSO, CloudSat,
Aqua
 VIS-SWIR,
Diurno
 Top of Atmosphere (TOA) outgoing radiances
 Aerossóis sobre os oceanos: radiâncias total e
polarizada

Aerosol optical thickness (AOT); expoente Angstrom, raio
efetivo da distribuição de tamanho, fraçao não esférica modo
grosseiro, razão AOT dos modos acumulado e grosseiro
 Aerossóis

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sobre continentes: radiâncias polarizadas
AOT, coeficiente Angstrom (ambos do modo acumulado
R<0,35 um)
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Dados - SR

MODIS
 http://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/MOD04_L2/index.html

PARASOL
 http://smsc.cnes.fr/PARASOL/ae_prod.htm

CALIPSO
 http://calipsooutreach.hamptonu.edu/index.html
 http://smsc.cnes.fr/CALIPSO/

CloudSat
 http://cloudsat.atmos.colostate.edu/

Aura
 http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/Aura/data-
holdings/OMI/omaero_v003.shtml
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Dados – SR passivo + ativo

Sinergia com LIDAR (ativo)
 Melhora
estimativas da extinção de aerossóis
 Estimativa de propriedades como parâmetros de
tamanho
 http://www.rap.ucar.edu/staff/tardif/CUprojects/ATOC5
235/lidar_remote_sensing.htm
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Links, Bibliografia, Etc.
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Links
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27
Links, Bibliografia, Etc.
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28
•
Aerossóis – CPTEC/DSA
•
http://sigma.cptec.inpe.br/aerossois/
Obrigado pela atenção!
[email protected]
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